양자도 미래 성장동력이다. 인류가 아직 도달하지 못한 한계를 확장하는 도구이기 때문이다. 양자는 AI가 촉발한 혁신을 이어갈 중요 기술이다. 이론적으로 양자는 기존 컴퓨터로 수십 년 이상 걸리는 문제까지 해결할 수 있다. 양자는 AI뿐 아니라 신약·신소재, 금융, 에너지, 보안 등 모든 산업을 한 단계 도약시킬 수 있는 기술이다.

 ◆ 양자가 뭐길래

양자(quantum)는 더 이상 나눌 수 없는 에너지의 최소 단위다. ‘얼마나 많이’ 또는 ‘얼마만큼’을 뜻하는 라틴어 ‘콴투스(quantus)’에서 유래된 단어로 크기나 양을 의미한다. 수량을 뜻하는 영어 ‘quantity’의 어원이기도 하다. 

양자는 0과 1 가운데 하나로만 정해지는 기존 방식과 다르다. 0과 1의 상태가 동시에 존재할 수 있는데 이를 ‘중첩’이라고 한다.

현대 컴퓨터는 0과 1로 표현하는 2진법을 기반으로 작동한다. 반도체를 사용하는 전자식 컴퓨터에서는 서로 구분되는 전기적 신호 상태를 0과 1에 대응시켜 정보를 처리한다.

반면 양자를 활용한 컴퓨터는 0과 1의 상태를 동시에 활용해 계산할 수 있다. 정보의 기본 단위도 ‘비트(bit)’가 아닌 ‘큐비트(Qubit)’를 사용한다. 여러 가능성을 한꺼번에 다룰 수 있어 특정 문제에서는 기존 컴퓨터보다 훨씬 효율적으로 계산할 수 있다.

양자컴퓨터를 구현하는 방식은 하나가 아니다. 크게 초전도·이온트랩·중성원자·광자 등으로 나뉜다.

 ◆ 30년 전부터 중요성 언급된 ‘양자’

양자컴퓨터의 중요성은 30년 전부터 언급됐다. 양자컴퓨터 관련 수혜주, 양자암호 서적 등은 1990년대 말부터 관심을 받았다. 

1994년 미국 수학자 피터 쇼어가 발표한 ‘쇼어 알고리즘’의 영향이다. 쇼어는 고전 컴퓨터로 연산이 현실적으로 불가능한 큰 정수의 소인수 분해를 효율적으로 처리할 수 있는 양자 알고리즘을 고안했다. 양자컴퓨터가 기존 정보보안 체계까지 흔들 수 있다는 가능성이 나오자 전 세계에서 흥미를 가지기 시작했다. 

1996년 인도계 미국인 컴퓨터 과학자 로브 그로버가 제안한 ‘그로버 알고리즘’도 영향을 미쳤다. 그로버는 정렬되지 않은 데이터베이스에서 원하는 항목을 일반 컴퓨터보다 훨씬 빠르게 찾아낼 수 있는 양자 알고리즘을 제시했다. 

연이어 양자에 대한 발표가 나오면서 기존 컴퓨터 성능을 개선하는 방향이 아닌 완전히 새로운 방식으로 해결 불가능한 문제를 풀어낼 수 있다는 기대가 커졌고 국가경쟁력에도 영향을 미칠 수 있다는 의견이 나왔다. 미국에서 가장 오래된 물리학 연구소인 NIST는 1990년대 초부터 양자 연구를 진행했고 일본 역시 1996년 양자정보기술연구회를 발족해 이공계 연구자의 정보 교류 창구를 마련했다. 

한국도 2000년대 본격적인 양자 연구를 시작했다. 2005년 한국전자통신연구원(ETRI)과 연구진이 한국 최초로 양자암호 전송에 성공하기도 했다. 

 ◆ 각국 전략 산업이 된 ‘양자’

각국이 정부 차원에서 적극적으로 산업을 키우기 시작한 것은 2010년대 들어서다. 

당시 한국은 통신 위주로 양자 기술을 개발하려고 했다. 2014년 미래창조과학부(현 과학기술정보통신부)는 ‘2020년 양자정보통신 글로벌 선도국가 진입’을 목표로 한 양자정보통신 중장기 추진전략을 발표했다. 이후 2022년 본격적으로 양자 산업을 육성하기 위해 12대 국가전략기술에 포함시켰다. 

중국은 2016년 제13차 5개년 계획을 통해 양자통신·양자컴퓨터를 중대 과학기술 프로젝트로 선정했다. 중국 정부는 양자 기술 연구와 상용화를 위한 대규모 투자를 추진하고 있으며 기업과 연구 기관의 연구개발도 적극적으로 지원하고 있다. 

미국 정부는 2018년 세계 최초로 국가양자이니셔티브법(NQI Act)을 제정했고 양자 기술을 국가 전략산업으로 격상했다. 양자정보과학(QIS) 분야의 연구개발(R&D)을 가속화하고 미국의 기술 패권을 유지하기 위해 10년간 약 12억달러 이상의 예산 투입과 국가 양자연구소를 설립하겠다는 내용이 담겼다. 

유럽연합(EU) 역시 2018년 ‘양자 테크놀로지 플래그십’ 이니셔티브를 출범시키고 향후 10년간 10억유로(1조6000억원)를 투자해 기술 경쟁력을 확보하겠다고 밝혔다. 일본은 2020년 양자컴퓨팅 기술 주도권을 확보하겠다고 발표하며 ‘양자기술 혁신 전략’ 수립을 발표했다. 

 ◆ 심화하는 경쟁…‘선점’에 붙은 가속도

올해 양자가 주목받는 것은 미국의 움직임 때문이다. 6월 22일 도널드 트럼프 대통령은 양자 행정명령 2건에 서명했다. 2028년까지 실효성 있는 양자컴퓨터를 가장 먼저 확보하고 늦어도 2031년까지 양자컴퓨터가 기존 암호를 무력화하기 전에 정부 암호 체계 전반을 교체하라는 내용이다. 

한국도 속도를 내기 시작했다. 양자컴퓨터 두뇌에 해당하는 양자프로세서(QPU) 원천기술 확보에 집중해 2029년까지 오류정정이 가능한 100큐비트 QPU를 확보하겠다고 발표했다. 또한 양자칩부터 제어장치, 운영 소프트웨어까지 모든 구성요소를 갖춘 풀스택 양자컴퓨터를 국내 기업 주도로 개발한다. 최종 목표는 양자칩 양산체계를 갖추고 10년 내 제조 역량 1위에 도달하는 것이다. 

양자는 모든 산업의 경쟁력을 한 단계 끌어올린다. 금융 분야에서는 거래 예측에 사용될 수 있으며 제약에서는 신약 합성 시뮬레이션 속도를 높일 수 있다. 방산에서는 무기체계에 적용해 군사 능력을 개선시키는 장점이 있다. 이외에도 유통에서는 물류 경로를 최적화하고 신소재에서는 새로운 물질을 탐색할 수 있다. 통신에서는 보안 수준을 높이고 에너지 분야에서는 배터리 소재 개발과 전력망 최적화 등에 활용 가능하다. 

증권업계에서는 IBM, 리게티, 인플렉션, 퀀티넘, 아이온큐 등을 양자 수혜주로 내다봤다. 디웨이브, 글로벌파운드리 등도 수혜주로 언급된다. 

국내 기업으로는 우리로(단일광자검출기용 칩), 케이씨에스(양자암호원칩), 엑스게이트(양자암호통신 기반 VPN), 드림시큐리티(양자 키 관리), 아이씨티케이(양자보안) 등이 있다. 

양승혁 키움증권 애널리스트는 “투자 관점에서 핵심은 희소성”이라며 “직접 매매 가능한 순수 양자주는 디웨이브, 리게티, 인플렉션이다. 아톰, 디라크, 사이퀀텀, 퀀티넘 등은 비상장사거나 대형사 산하에 있다”고 설명했다.

* 참고

양자컴퓨터 산업에서 '가장 핵심이고 비중이 큰 상품'은 시스템의 핵심 제어부인 양자 하드웨어(양자 칩 및 프로세서, QPU)입니다. 소프트웨어나 응용 기술도 중요하지만, 하드웨어 성능(큐비트 수, 오류율, 결맞음 시간)이 양자컴퓨팅 전체의 성능을 규정하기 때문입니다.

언급된 기업들은 저마다 다른 양자 하드웨어 기술 방식을 핵심 상품으로 취급하고 있습니다. 이 중 상용화 단계, 높은 큐비트 충실도(오류 최소화), 대규모 확장성 관점에서 현재 기술적 영향력이 가장 높게 평가받는 대표 기업은 다음과 같습니다.

퀀티넘 (Quantinuum)

      핵심 방식: 이온 트랩(Trapped-Ion)
     특징: 전하를 띤 이온을 레이저로 제어하는 방식으로, 현재 산업계에서 가장 높은 큐비트 

            충실도(오류정정 능력)를 보유하고 있습니다. 하니웰의 정밀 제어 기술과 결합해 오류정정

            양자컴퓨터 분야를 선도하는 가장 강력한 주자로 평가받습니다  
     핵심 방식: 초전도 양자 어닐링(Quantum Annealing)

     특징: 일반적인 범용 양자컴퓨터와 달리 최적화 문제에 특화되어 있습니다. 이미 5,000큐비트급 

            이상 시스템을 상용화하여 물류, 금융 등 기업용 최적화 솔루션 시장에서 가장 활발히 

            매출을 내고 있는 상장사입니다

디웨이브 (D-Wave Quantum)

• 핵심 방식: 중성원자(Neutral Atom)
  

• 특징: 빛(레이저) 그리드로 중성원자를 포획해 제어합니다. 최근 1,000큐비트 이상의 물리적 큐비트를 구현하며 큐비트 수의 확장성 면에서 주목받는 최신 핵심 기술군입니다
  

• 핵심 방식: 광자/광학(Photonic)
  

• 특징: 빛을 이용해 일반 반도체 공정(CMOS) 시설에서 칩을 제조할 수 있어, 극저온 냉각 장치가 상대적으로 필요 없고 대규모 결함 허용(Fault-Tolerant) 양자컴퓨터로 바로 직행하려는 목표를 가집니다.