양자컴퓨팅, 왜 지금 중요한가? 국가안보~산업화, 기술패권 시대의 열쇠

왜 지금 ‘양자컴퓨팅’인가?

최근 과학기술계와 산업계에서 가장 주목받는 키워드 중 하나가 바로 양자컴퓨팅입니다. 기존 컴퓨터로는 수십 년이 걸리는 계산을 몇 초 안에 처리할 수 있는 이 기술은, 단순한 기술 진보를 넘어 국가 안보, 사이버 보안, 기술 패권의 핵심 요소로 자리잡고 있습니다.

미국과 중국, 유럽연합(EU)은 이미 수십억 달러 규모의 예산을 투입해 양자기술 개발을 국가 전략 수준에서 추진 중이며, 국제 사회는 ‘양자 기술 주권’을 새로운 경쟁 구도로 인식하고 있습니다. 그만큼 지금이야말로 양자컴퓨팅의 중요성을 깊이 이해하고, 전략적으로 대응해야 할 시점이라 할 수 있습니다. 이 번 글에서는 국내 양자컴퓨팅 기술 수준과 해외 사례, 정부의 역할에 대해 알아보도록 하겠습니다.

양자컴퓨팅, 왜 지금 중요한가? 국가안보~산업화, 기술패권 시대의 열쇠

1. 국내 양자컴퓨팅 기술 수준은 어디까지 왔을까?

대한민국의 양자컴퓨팅 기술은 아직은 선진국에 비해 다소 뒤처져 있는 것이 사실입니다. 그러나 KIST, 서울대, KAIST를 중심으로 활발한 연구가 이뤄지고 있으며, 최근에는 민간기업도 기술 개발에 본격적으로 참여하고 있습니다.

특히 이번 제279회 NAEK 포럼을 통해 확인된 바와 같이, 한국은 중성 원자 기반, 초전도 큐비트 기반 등 다양한 기술 트랙을 모색하며 산업화 가능성을 진단하고, 구체적인 전략 수립에 나서고 있습니다. 아직 해결해야 할 기술적 과제가 많지만, 기초연구에서 산업으로 나아가기 위한 전환점은 충분히 마련되고 있습니다.

항목	내용
주요 연구 기관	- KIST: 중성 원자 기반 양자컴퓨팅 연구, 양자센서·통신 분야도 병행 - KAIST: 초전도 큐비트·광기반 큐비트 기술 연구, 이론 연구와 하드웨어 병행 - 서울대: 양자 얽힘, 양자오류정정, 이론 물리 기반 큐비트 연구 활발
주요 참여 기업	- 삼성전자: 미래기술연구센터(SAIT) 중심으로 소자 및 응용 연구 - 큐노바(Qunova): 소프트웨어·알고리즘 중심 양자 스타트업 - ETRI, KETI 등 정부출연기관: 양자통신, 보안 분야에 강점
산업화 가능성	- 단기(1~3년): 양자 보안통신, 양자센서 분야에서 부분적 상용화 - 중기(3~7년): 양자 시뮬레이션·알고리즘 서비스 개시 가능 - 장기(7년 이상): 범용 양자컴퓨터(QPU) 상용화는 기술 성숙도에 따라 불확실성 존재
기술적 과제	- 큐비트 수 증가 및 안정성 확보 - 양자오류정정(Quantum Error Correction) 기술 개발 - 작동 온도 유지 등 냉각 인프라 문제 - 표준화된 양자 프로그래밍 언어·프레임워크 부족

2. 양자컴퓨팅 시대, 삼성전자와 스타트업의 준비 상황

삼성전자는 미래 핵심 기술 중 하나로 양자컴퓨팅을 분류하고 있으며, 자사의 미래기술 연구조직인 SAIT(Samsung Advanced Institute of Technology)를 통해 관련 연구를 강화하고 있습니다. 양자센서, 양자소자 등 응용 기술에도 투자를 아끼지 않고 있지요.

스타트업 중에서는 큐노바(Qunova)가 대표적입니다. 큐노바는 연구기관과 협력해 양자 알고리즘과 소프트웨어 분야에서 경쟁력을 키워가고 있으며, KAIST와 산학협력 모델을 통해 새로운 비즈니스 기회를 탐색 중입니다. 이러한 대기업-스타트업 간 협력이 더욱 활성화된다면, 한국의 양자산업 성장 속도도 크게 가속화될 것으로 기대됩니다.

구분	삼성전자 (SAIT)	스타트업 (큐노바 등)
역할/위치	대기업 중심의 중장기 R&D 투자 주도	민첩한 알고리즘/응용 기술 개발
전략 방향	- 양자소자 및 초전도 큐비트 기술 개발 - 장기적으로 메모리/시스템 반도체 기술과 접목 - 글로벌 기술 리더십 확보 목적	- 양자알고리즘 및 시뮬레이션 서비스 집중 - 특정 산업(금융·화학·물류 등) 문제 해결용 퀀텀 소프트웨어 개발 - 플랫폼 기업 및 해외 연구기관과 협력
연구 내용	- 초전도 큐비트 기반 QPU 아키텍처 - 양자 정보처리용 메모리 인터페이스 - 고온 초전도체 응용	- 양자머신러닝(Quantum ML), 양자 시뮬레이터 - 클라우드 기반 퀀텀 연산 플랫폼 - 양자 알고리즘 최적화 연구
대표 기업/기관	- 삼성종합기술원(SAIT) - 삼성전자 미래기술육성센터	- 큐노바(Qunova) - 퀀텀센트럴(Quantum Central) - QRT(Quantum Research Tech) 등
협력 사례	- 정부 R&D 과제 참여 - 일부 글로벌 기업 및 대학(예: IBM, MIT 등)과 공동연구	- KAIST·서울대·ETRI 등과 공동 알고리즘 개발 - 글로벌 QPU 기업(예: IBM Q, Rigetti 등)의 클라우드 자원 활용 - 정부 양자기술 컨소시엄 참여
기술 성숙도	- 하드웨어 기반: 기초 연구 단계 - 시스템 통합 노하우 축적	- 응용 중심 소프트웨어는 빠른 진전 - 일부 상용 PoC 단계(금융, 물류 분야 등)

3. 양자컴퓨팅 vs 슈퍼컴퓨팅: 무엇이 다를까?

많은 분들이 양자컴퓨팅과 기존의 슈퍼컴퓨터를 혼동하시기도 하는데요, 두 기술은 전혀 다른 기반 위에 있습니다.

슈퍼컴퓨터는 기존의 비트(Binary)를 기반으로 연산을 수행하며, 성능을 높이기 위해 병렬처리 구조를 이용합니다. 반면 양자컴퓨터는 큐비트(Qubit)라는 양자 상태를 활용해 동시에 여러 상태를 연산할 수 있는 것이 특징입니다.

그 결과, 최적화 문제, 분자 시뮬레이션, 암호 해독과 같은 특정 분야에서는 기존 컴퓨터가 절대 따라올 수 없는 속도와 효율을 자랑합니다. 단, 아직까지는 오류율과 안정성 문제, 상온에서의 작동 등 기술적 난제가 존재합니다.

• 슈퍼컴퓨터는 정밀한 수치 계산과 대규모 시뮬레이션에 적합하며, 지금 당장 상용화된 문제 해결에 매우 강력합니다.
• 반면, 양자컴퓨터는 일부 특정 문제(예: 분자 구조 계산, 복잡 최적화)에 대해 슈퍼컴퓨터로는 풀 수 없는 계산을 가능하게 할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.
• 현재는 보완 관계에 가깝고, 미래에는 양자-고전 하이브리드 컴퓨팅 모델로의 통합이 기대되고 있습니다.

항목	슈퍼컴퓨팅 (고전 컴퓨팅)	양자컴퓨팅 (Quantum Computing)
기본 단위	비트 (Bit): 0 또는 1의 상태	큐비트 (Qubit): 0과 1이 동시에 존재하는 중첩 상태
연산 방식	순차적 계산 (직렬 또는 병렬 CPU 처리)	중첩(Superposition), 얽힘(Entanglement) 기반 양자 병렬 처리
계산 능력	매우 빠른 병렬 연산(FLOPS 단위 연산 속도)	지수적 속도 증가 가능(특정 문제에 한해 초월적 속도 기대)
문제 해결 방식	기존 알고리즘을 기반으로 한 연산 최적화	양자 알고리즘 (예: 쇼어 알고리즘, 그로버 알고리즘) 기반
적합한 문제 유형	정형화된 수치 연산, 과학적 시뮬레이션, 날씨 예측, 유전체 분석 등	최적화, 물리 시뮬레이션, 암호 해독, 양자화학, 머신러닝 등
활용 중인 산업	기후 과학, 천체 물리, 신약개발, 원자력 연구 등	금융, 신약 설계, 화학 시뮬레이션, 인공지능, 사이버 보안 등
기술 성숙도	상용화 완료, 글로벌 인프라 보유(Exascale 컴퓨터 등)	초기 단계, 실험실 중심 기술에서 산업 응용으로 진입 중
주요 개발국/기업	미국(오크리지, 인텔, IBM), 중국, 일본 등	미국(Google, IBM, IonQ), 유럽(Pasqal), 한국, 캐나다 등

4. 해외 기업 사례로 보는 산업화 인사이트

해외에서는 이미 기술 상용화를 위한 본격적인 시도가 이어지고 있습니다. 프랑스의 파스칼(Pasqal)은 중성 원자 기반 QPU를 개발하고 있으며, 금융, 화학, 물류 등 다양한 산업에 양자 알고리즘을 접목하는 사례를 선보이고 있습니다.

IBM, 구글, 리게티(Rigetti) 등은 클라우드 기반 양자컴퓨팅 서비스를 제공하며 상용화 가능성을 넓혀가고 있고, 캐나다의 D-Wave는 특정 문제에 특화된 양자어닐링(Quantum Annealing) 기술로 양자컴퓨팅을 기업 현장에 도입하고 있습니다.

이러한 사례는 우리나라가 공공-민간 협력, 기술 공유, 글로벌 파트너십 확대를 통해 더욱 빠르게 산업화를 추진할 수 있는 방향성을 제시해줍니다.

• 중성 원자 큐비트(Pasqal)는 확장성과 안정성 측면에서 주목받고 있으며, 산업별 커스터마이징 전략이 강점입니다.
• IBM은 생태계 중심 전략이 강력하며, 양자 소프트웨어(Qiskit)와 글로벌 파트너 네트워크는 기술 확산에 중요한 모델입니다.
• Google은 기술 선도 및 연구 성과 중심으로, AI·물리·에너지 등 미래 융합분야 적용 가능성을 실험하고 있습니다.
• 한국은 대학-정부-기업 간의 실질적 협력 구조를 조기에 설계하고, 클라우드형 접근·SW 생태계 강화가 필요합니다.

기업명	기술 플랫폼/전략	산업화 접근	협업 및 생태계 전략	한국이 참고할 시사점
Pasqal (프랑스)	- 중성 원자 기반 큐비트 - 고밀도 배열로 확장성 우수	- 클라우드 기반 QPU 제공 - 기업 대상 맞춤형 솔루션 제공	- EDF(프랑스 전력), 시멘스 등과 공동 연구 - 유럽연합 Horizon 프로젝트 적극 참여	- 특정 산업과의 조기 협업 모델 - 정부 중심의 EU 프로젝트와의 연계 전략
IBM (미국)	- 초전도 큐비트 기반 QPU - "IBM Quantum System One" 상용화	- IBM Quantum Network 운영 -교육·산업계에 오픈된 양자 클라우드 플랫폼	- 대학·기업·국가 기관 200여 곳과 파트너십 - 양자 소프트웨어 생태계(Qiskit) 구축	- 개방형 플랫폼 전략으로 생태계 확대 - 교육과 기업을 잇는 오픈 생태계 구축 필요
Google (미국)	- 초전도 큐비트 기반 - 2019년 ‘양자 우월성’ 달성 발표	- 연구 중심이지만 점진적 산업 확장 - AI/재료/에너지 문제 적용 가능성 실험 중	- 대학 및 국가 연구기관과 공동 연구 - 오픈소스 소프트웨어 Cirq 개발	- 기술 선도형 스타트업 및 연구자 지원 강화 - 기초연구와 산업연결 가교 구축 필요

5. 양자 산업 생태계 조성, 정부는 어떤 역할을 해야 할까?

양자컴퓨팅 산업의 성장은 단순히 기술 개발에 그치지 않습니다. 정부의 정책적 지원, 인력 양성, 국제 협력이 매우 중요합니다.

과학기술정보통신부는 최근 기초·원천 연구 중심의 R&D 투자 확대를 천명했으며, 산업통상자원부는 민간 기술 수요 기반의 산업기술 정책 마련에 집중하고 있습니다. 그러나 아직 전문 인력 양성 체계, 산업계-학계 간 연계, 초기 시장 창출 정책은 미비한 상태입니다.

정부는 단기 성과 중심의 R&D가 아닌, 장기적 비전과 생태계 조성 전략에 초점을 맞춰야 하며, 이를 위한 정책 일관성 확보가 매우 중요하다고 할 수 있습니다.

• 양자 산업 생태계는 ‘인재-기술-기업-인프라’가 유기적으로 연결되어야 합니다.
• 정부는 단기 과제가 아닌 10년 이상 장기 로드맵 기반 지원이 필요하며, 과기부(기초기술 중심), 산업부(응용 및 산업화 중심) 간 역할 분담과 협력이 중요합니다.
• 특히 민간의 적극 참여를 유도하는 인센티브 구조와 실증 중심 생태계가 중요합니다.

구분	주요 내용	현황 및 추진 방향	한국 정부가 해야 할 과제
① 인력 양성	- 양자 전문 인재 육성 - 융합형 석·박사 과정 확대	- KAIST, 서울대 등 양자 전공 개설 확대 - 양자 아카데미, 집중 교육 PGM 시범 운영	- 학부~박사까지 전주기 교육체계 구축 - 해외 석학 초빙. 산학 공동캠퍼스 운영
② R&D 지원	- 핵심 기술 확보 - 양자 센서, QPU 등 전략 분야 지원	- '23년 과기부 양자기술 예산 약 2200억 원 - 양자중심 국가과제(챌린지형 R&D) 추진	- 장기적·도전적 R&D 투자 지속 확대 - 중소·스타트업 참여 위한 유연한 R&D 체계 필요
③ 민관 협력	- 대기업-스타트업 -학계 간 연계 - 산업계 수요 정책 기획	- 삼성전자, 큐노바 등 민간 R&D 참여 증가 - 국가양자기술연구소 설립 추진 중	- 오픈 이노베이션 기반 협력 구축 - 실증 테스트베드와 기업 연계 강화
④ 과기부 역할	- 국가 양자기술 전략 수립 - 기초연구 및 인프라 조성	- ‘양자 기술 발전 전략’ 발표 (2022) - 국가 양자정보포럼 운영 중	- 연구-산업-보안 연계된 거버넌스 체계 확립 - 국제 협력(美·EU 등)도 병행 추진 필요
⑤ 산업부 역할	- 양자기술 산업화 지원 - 양자 부품·장비·소재 클러스터 육성	- 산업기술 R&D와 연계한 양자기술 지원 시범 단계	- 산업 현장 수요기반 기술 실증 확대 - 양자 제조 생태계 기반 조성 필요

결론: 양자기술 주권 확보를 위한 우리의 과제

양자컴퓨팅은 단순한 신기술이 아니라, 디지털 대전환 시대의 국가 경쟁력을 좌우할 기술입니다. 지금은 기초 연구에서 산업화로 넘어가는 중대한 시점이며, 기술 주권 확보를 위해 민관이 힘을 모아야 할 때입니다.

기업은 보다 과감한 투자와 오픈 이노베이션 전략을 추진하고, 정부는 안정적이고 장기적인 지원체계를 마련해야 합니다. 무엇보다 중요한 것은 양자 분야의 인재를 지속적으로 육성할 수 있는 교육·연구 기반을 조성하는 일입니다.

대한민국이 양자컴퓨팅 강국으로 도약하기 위해선 지금 이 순간이 그 출발점이 되어야 합니다.