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글로벌 빅테크 기업은 물론 국내 통신사들이 양자기술을 기반으로 한 사업을 선점하기 위해 박차를 가하고 있다. 구글 등 빅테크 기업들은 연산성능이 획기적으로 향상된 양자 컴퓨터를 연이어 출시하며 미래 시장 선점에 나섰다.

양자컴퓨터는 10년 걸릴 계산을 단 5분만에 끝낼 만큼 연산기능이 뛰어나 신약 개방 등에 소요되는 시간을 획기적으로 단축시킬 것으로 전망된다. 한편 국내 통신사들은 양자 컴퓨터의 해킹 공격을 방어하는 양자내성암호 기술에 공을 들이고 있다. 양자내성암호는 보완 연구가 중요하게 여겨지고 있는 만큼 미래 통신 품질 개선 등에 활용될 가능성이 높다. 이에 따라 우리 정부도 양자분야를 적극 지원해 국내 양자산업 생태계 조성에 나서고 있다.

◆빅테크 기업, '101조원 시장' 양자컴퓨터 개발 속도

17일 한국지능정보사회진흥원(NIA)이 과학기술정보통신부(과기정통부), 미래양자융합포럼과 함께 발간한 '양자정보기술백서'에 따르면 전 세계 양자정보기술 시장 규모는 2022년 8조 6656억 원으로 평가된다. 연평균 36% 성장률을 기록하며 2030년에는 101조 2414억원 가량에 이를 것으로 전망된다.

양자컴퓨터의 특징은 획기적으로 빠른 연산속도를 자랑한다. 기존 컴퓨터와 달리 데이터를 처리하는 방식에서 양자역학적 원리를 활용하기 때문이다. 일반 컴퓨터는 정보를 0과 1의 비트 단위로 처리하고 저장하는 반면 양자 컴퓨터는 정보를 0과 1의 상태를 동시에 갖는 큐비트(양자비트·Quantum bit) 단위로 처리하고 저장한다. 다만, 양자칩의 양산에는 10년 정도가 소요될 것으로 예상된다.

글로벌 빅테크 기업들이 양자 컴퓨터 개발에 적극 나서고 있다.

구글은 최근 새로운 양자칩 '윌로우'를 공개했다. 윌로의 핵심은 양자컴퓨터의 고질적인 문제인 오류율 증가를 해결한 점이다. 현재 최고 수준의 슈퍼컴퓨터가 10의 24제곱(셉틸리언)번 반복되는 문제를 5분 만에 해결할 수 있는 능력을 갖추고 있다. 특히 큐비트 수가 많아질수록 오류율이 증가하는 양자컴퓨팅의 한계를 극복했다. 이에 실시간 오류를 기하급수적으로 줄이게 되면서 양자컴퓨터 상용화의 또 다른 문턱을 넘겼다.

세계적인 IT 기업인 IBM도 지난달 신형 양자칩 '퀀텀 헤론'을 선보였다. 퀀텀 헤론은 구글의 윌로우와는 달리 안정적인 확장성에 중점을 두고 개발됐다. IBM은 '헤비-헥스(Heavy Hex)' 구조를 채택해 대규모 시스템을 안정적으로 구축할 수 있는 기술을 개발했다.

특히 IBM의 양자컴퓨터인 'IBM 퀀텀 시스템 원(IBM Quantum System One)'이 최근 국내 최초로 연세대에 도입됐다.한국은 미국, 독일, 일본, 캐나다에 이어 다섯 번째로 IBM 퀀텀 시스템 원을 설치한 국가가 됐다.

IBM 퀀텀 시스템 원은 127큐비트 IBM 퀀텀 이글 프로세서로 구동되는데, 우주의 별 개수보다 많은 2의 127승 가지의 연산을 동시에 처리할 수 있는 수준이다. 기존 컴퓨터가 0과 1을 순차적으로 계산하는 데 반해 양자컴퓨터는 0과1을 동시에 처리해 더 빠르고 정확한 연산이 가능하다.

특히 양자컴퓨터가 상용화되면 그간 난제로 꼽혔던 과학적 계산, 신약 개발, 기후 모델링 등 다양한 분야에 적극 활용될 것으로 전망된다.특히 블록체인의 암호화 체계를 뚫을 수 있게 된다.

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◆이통 3사·정부 양자내성암호 개발 앞장

이처럼 양산 컴퓨터의 발전으로 인한 해킹 우려도 커지고 있다. 이에 통신 3사(SK텔레콤, KT, LG유플러스)는 양자 컴퓨터에 앞서 양자내성암호 개발에 주력하고 있다. 특히 양자내성암호는 보안 연구가 중요하게 여겨지고 있다. 이는 과학적 난제를 활용해 양자컴퓨터의 공격을 막는 기술로, 미래 상용화될 6G 네트워크와 스마트 헬스케어, 금융 서비스 등 다양한 산업 분야에서 활용될 가능성이 높은 것으로 평가되고 있기 때문이다.

먼저 SK텔레콤은 국내 대기업 최초로 양자기술연구소(Quantum Tech Lab)를 설립했다. 양자기술연구소는 양자암호통신·양자난수생성기 중심으로 연구를 진행했다. 지난 2018년에는 IDQ 원천기술과 SK텔레콤 응용기술을 융합해 시너지 효과를 내자는 의견에 따라 스위스 양자암호통신기업 IDQ를 700억원에 인수했다. 최근에는 QKD(양자키분배)와 PQC(양자내성암호)를 합친 하이브리드(혼합형) 암호 상품을 출시했다.

KT는 '하이브리드 양자보안 가상사설망'(VPN·Virtual Private Network) 서비스를 위한 실증을 완료했다. 이번 실증을 통해 전송망에서 고객 구간까지 하이브리드 양자 보안을 적용했다. 아울러 지난 9월 마이크로소프트(MS)와 협력을 발표하면서 양자컴퓨팅 등 차세대 IT 기술 분야의 연구에 공들이고 있다.

LG유플러스는 양자컴퓨터 보급에 앞서 양자내성암호 기술을 상용화하고 광전송망 표준 제정을 추진해왔다. LG유플러스는 이번 표준을 바탕으로 과학기술정보통신부와 NIA가 추진하는 '개방형 양자 테스트베드 운영' 국책과제의수행기관으로 선정돼 내년 1월 'PQC 마이그레이션 플랫폼'을 서비스 할 예정이다.

정부도 국내 양자기술 사업을 적극 지원하고 있다. 과학기술정보통신부와 한국지능정보원은 '양자기술 상용화 기반조성' 사업 일환으로 ▲양자 全분야(통신·센서·컴퓨터) 기술사업화 ▲소부장 등 전환기업 발굴 ▲저변확대 및 산학연 협력체계 구축 ▲온·오프라인 교육, 기업인턴십 등 양자분야 신규·전환인력 양성을 지원해 국내 양자산업 생태계 조성에 앞장서고 있다.

한국지능정보원은 2022년 1월 개소한 양자산업생태계지원센터(K-QIC) 중심으로 지금까지 양자기술에 대한 기술사업화(6건), 소부장 등 양자지원기술 기업발굴(8건)을 지원했다.