세계는 양자컴 시대... 한국도 발진 <60>

세계 주요 국가들이 개발 전쟁에 나선 양자컴퓨터. (MS AI 생성 이미지)

세계는 지금 단위가 비트(bit)가 아닌 큐비트(qubit)인 양자컴퓨터 시대에 진입했습니다. 1960년대부터 슈퍼컴퓨터 개발 경쟁을 벌여온 세계 주요국들이 최근 들어서는 양자컴퓨터로 눈을 돌렸기 때문입니다. 물론 미국이 양자컴퓨터 분야에서도 단연 앞서 있지만 중국과 일본도 양자컴퓨터 개발에 성공하는 등 세계 각국은 양자컴퓨터 개발에 막대한 투자를 하고 있습니다. 양자컴퓨터는 눈에 보이지 않는 미시 세계에서 적용되는 양자물리학을 이용한 컴퓨터를 말합니다. 일반 컴퓨터는 전자의 유무(有無)에 따라 0과 1의 비트(bit)로 정보를 표현하고 계산하는데 비해 양자컴퓨터는 큐비트(qubit)가 기본 단위입니다. 큐비트는 0과 1을 동시에 처리할 수 있기 때문에 연산 속도가 획기적으로 빠릅니다. 예컨대 127 큐비트는 2의 127승(乘) 가지 연산을 동시에 할 수 있는 능력을 말합니다. 이런 엄청나고 획기적인 양자컴퓨터가 인천 송도국제신도시의 연세대학교 국제캠퍼스에 도입되어 가동에 들어간다는 소식입니다. 조선일보는 2024년 11월 5일 자 특집 기획보도를 통해 한국에도 양자컴퓨터 시대에 도래했다는 소식을 전했습니다. <국내 첫 양자컴, 연대서 켠다... 과학·산업 '미지의 문' 열려> 제하의 기사를 통해 연세대가 국내 최초로 100 큐비트급 이상 양자컴퓨터를 도입했다고 밝혔습니다. 연세대가 송도 국제캠퍼스 양자컴퓨팅센터에 설치한 양자컴퓨터는 127 큐비트급 성능이며 현재 시험 가동 중이라고 합니다. 이로써 한국도 양자컴퓨터 시대가 본격적으로 열릴 수 있게 된 것입니다.

연세대 송도 국제캠퍼스 양자컴퓨팅센터는 한 변의 길이가 약 3m인 정육면체 공간의 천장 유리벽에 특이한 형태의 원통 구조물이 설치되어 있습니다. 양자 프로세서의 온도를 절대온도(영하 273도)에 가깝게 맞춰주기 위한 냉각기 등이 구비된 구조물입니다. 양자컴퓨팅센터는 11월 20일 개소식을 열고 정식 가동에 들어갑니다. 양자컴퓨팅센터 근처에는 양자 관련 연구와 산학 협력 등을 총괄할 수 있는 양자산업단지가 들어선다고 합니다. 양자컴퓨팅센터와 연구동을 합치면 그 규모가 8,500㎡에 달합니다. 구글의 53 큐비트 양자컴퓨터는 특정 조건에서 슈퍼컴퓨터가 1만 년 걸릴 연산을 200초 만에 해냈다고 합니다. 연세대가 국내 최초로 도입한 127 큐비트 양자컴퓨터도 당연히 슈퍼컴퓨터의 성능을 뛰어넘는 수준입니다. 연구 분야마다 성능이 달라질 수 있지만 양자컴퓨터로 거의 모든 연산을 몇 분 또는 몇 초 내에 완료할 수 있게 됩니다. 연세대는 양자컴퓨터를 바이오분야에 특화해 사용할 예정이라고 합니다. 정재학 연세대 양자컴퓨터 단장은 "연세대가 도입한 양자컴퓨터는 IBM의 양자컴퓨터 중 미국 이외 국가에 설치된 최고 성능으로, 한국 양자컴퓨터 허브가 구축되었다는 의미가 있다."라고 평가했습니다. 정 단장은 또 "양자컴퓨터를 통해 약물의 구조를 예측하고, 확률이 높은 신약 후보 물질을 찾는 시간을 대폭 줄일 수 있다."라고 밝혔습니다. 이 같은 양자컴퓨터의 획기적인 기능 때문에 보통 10~15년 걸리는 신약 개발 기간을 양자컴퓨터를 활용할 경우 절반 이상 단축할 수 있을 것으로 업계는 전망하고 있습니다.

 

연세대는 양자컴퓨터를 이용하는 기업들이 양자산업단지에 입주해 양자컴퓨터를 사용하고 기업 연구자와 학계 연구자가 함께 프로젝트를 진행할 있도록 할 방침입니다. 각 기업이 풀고 싶은 문제를 제시하면 연구자들이 양자컴퓨터로 어떻게 도움을 줄 수 있을지 기업과 함께 설계하는 형태로 운영하는 것이죠. 송도에는 삼성바이오로직스, 셀트리온 등 바이오 기업과 병원이 밀집해 있기 때문에 연세대의 양자컴퓨터 가동은 국내 바이오산업에 시너지가 날 것으로 전망됩니다. 연세대 양자컴퓨터 도입은 국내 연구자들에게도 큰 도움을 줄 수 있을 것으로 보입니다. 현재 대다수 국내 기업과 대학, 기관의 경우 상용화 수준의 자체 양자컴퓨터가 없기 때문에 클라우드를 통해 해외 기업의 양자컴퓨터를 이용하는 불편을 겪고 있는 실정입니다. 정재학 단장은 "한국에선 굴지의 대기업도 많은 비용을 지불해 가며 미국에 있는 양자컴퓨터 클라우드를 이용하고 있다. (빨리 이용하고 싶어도) 다른 기관이 사용 중인 경우가 많아 순서를 기다리는 데만 2~3일 걸리기도 한다."라고 지적했습니다. 그러나 연세대 양자컴퓨터는 국내 이용자만 사용 가능하기 때문에 대기 시간이 획기적으로 줄어드는 등 불편을 해소할 수 있게 되었습니다. 정 단장은 또 "해외 양자컴퓨터를 이용할 경우 보안아 걱정되는 민감한 정보를 국내 양자컴퓨터로는 안심하게 이용할 수 있게 되고, 연세대 소속 구성원에게는 무료로 양자컴퓨터를 개방할 계획이다."라고 덧붙였습니다.

 

양자컴퓨터(quantum computer)는 얽힘(entanglement)이나 중첩(superposition) 같은 양자역학적인 현상을 활용, 자료를 처리하는 계산 기계입니다. 양자컴퓨팅은 컴퓨터 과학, 물리학, 수학의 여러 측면으로 이루어진 종합적인 분야로서 양자역학을 활용, 기존의 컴퓨터보다 훨씬 빨리 복잡한 문제를 해결할 수 있습니다. 따라서 인터넷과 일반 컴퓨터가 세상을 바꾸었듯이 양자컴퓨터도 세상의 모든 분야를 획기적으로 발전시키고 바꿀 수 있는 '신무기'로 등장한 것입니다. 양자 정보통신은 정보 사회의 패러다임을 바꿀 신기술로 여겨지고 있기 때문에 세계 주요 국가들이 양자컴퓨터 기술 개발에 엄청난 재원을 쏟아붓고 있습니다. 미국의 경우 IBM과 구글 등 주요 빅테크들이 개발을 주도하고 있습니다. IBM의 경우 2019년 27 큐비트에서 2023년 1,121 큐비트로 업그레이드된 양자컴퓨터를 개발한 데 이어 향후 1만~10만 큐비트 수준까지 개발을 준비 중인 것으로 알려지고 있습니다. 미국 정부는 2018년 시작한 '국가 양자 이니셔티브(NQI)'를 2024년 재승인하는 작업을 추진 중인데, 정부 차원에서 양자 분야 연구·개발에 30억 달러(4조 1,000억 원)를 투자한다는 계획입니다. 2024년 72 큐비트 성능의 양자컴퓨터를 개발한 중국도 세계 최대 규모의 양자연구소를 설립했으며 2018년부터 6년간 1,000억 위안(약 19조 원)이라는 막대한 예산을 투입했습니다. 일본 이화화학과 후지쓰가 2023년 64 큐비트 양자컴퓨터를 독자개발, 2030년까지 상용화할 계획이고 유럽도 2027년까지 10억 유로(약 1조 5,000억 원)를 투자할 예정이라고 합니다.

 

현재 양자컴퓨터를 생산하고 있는 업체는 미국 아이온큐(IonQ)와  캐나다 디웨이브(D-WAVE), 미국의 구글, IBM 등이 있습니다. 2021년 뉴욕 증시에 상장함에 따라 삼성전자와 현대차가 투자한 것으로 알려진 아이온큐의 경우 이미 세계 굴지의 기업들과 파트너십을 맺고 다양한 제품의 성능 향상에 주력하고 있습니다. 이처럼 미국과 중국, 일본, 유럽 등이 양자컴퓨터 연구에 박차를 가하고 있지만 한국은 한참 뒤떨어져 있는 실정이어서 정부 차원에서 시급하게 과감한 투자에 나서야 합니다. 첨단 과학을 등한시하는 국가는 불과 10년, 20년 안에 확 뒤처져버릴 정도로 세상은 빠르게 변하고 있습니다. 지금은 생소한 양자컴퓨터 분야에 대해 대한민국 정부와 과학계가 과감한 투자와 교육의 고삐를 조여야 할 것 같습니다. 이번 <60> 편은 조선일보가 연세대 양자컴퓨팅센터 개소식을 계기로 특집 기획 보도한 양자컴퓨터에 관해 살펴보았습니다. 필자에게도 양자컴퓨터는 워낙 생소한 분야입니다. 그러나 머리끈 동여매고 별도로 공부한다는 생각으로 조선일보 박지민-유지한 기자가 공들여 보도한 원문을 상세하게 살펴보고 또 전폭적으로 소개하는 수준에서 다뤘음을 밝힙니다. 

 

마우대100이 전하는 '세상의 창(窓)' 이야기는 이어집니다.