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[기획] 미래 전략기술로 주목받는 양자기술
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작성일2022-05-11
[기획] 미래 전략기술로 주목받는 양자기술
양자기술은 미국, 유럽(EU), 중국, 일본 등 주요국이 전략기술로 국가 차원에서 전폭적인 지원을 하고 있는데, 우리나라도 문재인 정부 시절부터 중시한 바 있다. 새 정부 또한 양자기술을 국가전략기술 후보로 제시한 미래 전략기술 중 하나로 꼽고 있다. 국내 여러 정부출연연구원과 대학에서 다양한 분야의 양자기술을 개발하고 있다. |
|새 정부의 국가전략기술 후보
지난 4월 21일 대통령직인수위원회 과학기술교육분과에서 과학기술 및 디지털 선도국가의 비전을 실현할 핵심 국정과제로 ‘국가전략기술 초격차 R&D’ 및 ‘디지털 국가전략’을 추진하기로 했다고 발표했다. 특히 새 정부 국정과제로 글로벌 기술주도권을 확보하는 데 필수적인 기술을 ‘국가전략기술’로 지정했는데, 국가전략기술 후보로 초격차 전략기술(반도체·디스플레이, 이차전지, 차세대원전, 수소, 5G·6G), 미래 전략기술(바이오, 우주·항공, 양자, AI·모빌리티, 사이버보안)을 제시했다.
양자기술은 국가전략기술 후보 중 미래 전략기술의 하나로 꼽혔다. 인수위는 국가전략기술의 최종 선정은 새 정부에서 민관 합동으로 검토를 추진하겠다고 밝혔다. 새 정부에서 지정된 국가전략기술의 경우, 전략로드맵을 수립해 중장기 기술 개발 목표, 핵심인력 확보, 표준선점 및 국제협력 등의 추진전략을 마련하도록 할 계획이다. 국가전략기술에 대해서는 민간 전문가(PM)에게 전권을 부여해 범부처 임무지향형 R&D 프로젝트를 기획하고 민관이 공동으로 참여(투자유인)해 가시적 성과를 창출해 나가도록 지원한다.
사실 이전 정부에서도 양자기술 관련 정책을 마련한 바 있다. 2014년 12월 ‘양자정보통신 중장기 추진전략’을 수립했고, 2019년 ‘양자컴퓨팅 기술개발사업 추진계획’을 마련했다. 또 2021년 4월에는 미래 전략기술을 확보하기 위한 ‘양자기술 연구개발 투자전략’을 수립했다. 특히 이 전략에는 양자 프로세서를 포함한 양자컴퓨팅, 양자통신, 양자센서 분야별로 도전적 원천기술을 개발하고, 2024년까지 50큐비트(양자 정보의 기본 단위)급 한국형 양자컴퓨팅 시스템을 구축하며, 양자 핵심연구자를 당시 150명 수준에서 2030년 1000명까지 확대한다는 내용이 포함됐다. 새 정부에서도 양자기술 관련 인력 양성에 큰 관심을 보일 것으로 전망된다.
|연평균 성장률 25.8%의 세계 시장에서 미국, 유럽, 중국 각축
양자기술은 얽힘, 중첩 같은 양자 고유의 특성을 활용해 기존 기술의 한계를 뛰어넘는 성능을 가능하게 하는 파괴적 혁신기술이다. 양자컴퓨팅, 양자암호통신, 양자센서 등을 포함하는 ICT의 일종이다. 양자컴퓨팅은 기존에 100만 년 걸리는 암호를 해독하는 데 10시간이면 충분한 초고속 연산을 구현하고, 양자암호통신은 도청이나 감청 시 파괴되는 양자 암호키 방식으로 불법 도·감청 및 해킹을 원천 차단할 수 있으며, 양자센서는 0.05mm 이하의 암세포를 식별하는 양자MRI를 개발할 수 있을 정도로 초정밀 계측이 가능하다.
반도체, 인공지능(AI) 등에 이어 미래 전략기술의 핵심으로 떠오르고 있는 것이 바로 양자기술이다. 한국과학기술정보연구원(KISTI)의 ‘KISTI R&I Report: 양자기술 과학·기술·산업 분석’에 따르면, 양자기술의 세계 시장은 2019년 약 7.0억 달러(9,000억 원)에서 연평균성장률 25.8%를 보이며 성장해 2026년 약 35.1억 달러(4조 5,000억 원) 규모를 기록할 것으로 전망된다. 양자기술은 산업, 경제, 안보 등에 혁신을 가져올 것으로 기대되어 미국, 유럽(EU), 중국, 일본 등 각국에서 앞다투어 관련 전략을 내세우고 관련 기술 개발에 뛰어들고 있다.
미국은 독보적 기술우위를 바탕으로 주도권 유지 전략을 추진하고 있다. 2018년 양자기술을 미국의 안보를 위한 전략기술로 지정하고 ‘양자법’을 제정한 뒤 백악관 직속으로 국가양자조정실(NQCO)을 설치하고 대통령 자문을 위한 국가양자자문위원회를 설립했으며 2019년부터 4년간 12억 달러(1조 5,000억 원)의 투자를 결정했다. 구글은 2019년 큐비트 50개로 양자컴퓨터 칩 ‘시커모어’를 만들어 슈퍼컴퓨터의 한계를 뛰어넘는 ‘양자 우월성’에 도달했다.
중국은 양자굴기를 내세우고 양자통신 분야에서 우위를 선점한 데 이어 양자컴퓨팅, 양자센서 분야에서도 미국을 빠르게 추격하고 있다. 2017년 중국은 세계 최초의 양자통신위성 ‘묵자호’를 발사해 중국 베이징과 오스트리아 빈 사이의 7600km에서 양자 전송에 성공한 바 있다. 세계 최대 양자연구소 설립을 추진하고 2018~2022년에 17조 원을 지원하며 양자기술 분야에 적극적으로 투자하고 있다.
▲ 중국 베이징(Xinglong)과 오스트리아 빈(Graz) 사이의 7600km에서 양자 전송에 성공한 중국의 양자통신위성 묵자(Micius)호. ⓒ 중국과학기술대(USTC)
유럽(EU)은 2017년 양자 플래그십 프로그램을 통해 10년간 10억 유로(1조 4,000억 원)를 투자할 계획이며, 2021년 4월 양자 중소기업과 벤처를 지원하기 위해 ‘유럽양자기업컨소시엄(QuIC)’을 출범시켰다. 일본은 양자기술을 인공지능, 바이오 분야와 함께 3대 국가전략 기술로 지정하고 주요 선도국과의 기술 협력을 강조하고 있다. 특히 2021년 4월 미국과 일본 정상회담에서 바이오 분야, 양자기술, 우주 기술 등에서 협력을 강화하기로 발표했다.
|물리학부터 엔지니어링 기술까지 다학제 간 융합 필수
우리나라는 이미 10년 이상 꾸준히 투자해온 양자기술 선도국에 비하면 기술 수준과 R&D 투자 규모 등이 매우 미흡하다. 한국의 양자기술은 최선도국인 미국에 대비해 약 81.3% 수준으로 국내 전체 ICT 내 최하위 수준이다. 양자기술 분야에 대한 정부 R&D 투자도 2019년 106억 원에서 2021년 326억 원으로 확대했지만, 여전히 선도국에 비해 부족하다. 새 정부의 R&D 투자를 기대해본다.
실제 양자기술 전체에서 한국의 논문과 특허를 살펴보자. KISTI의 분석에 따르면, 논문 수에서 중국, 미국, 독일, 영국, 일본 등의 순위를 보이며 한국은 16위를 기록했다. 우리 연구자 논문을 다른 연구자가 인용한 횟수에서 상대적으로 우리나라가 양호한 분야는 양자암호와 양자 시뮬레이터 분야다. 특허 출원 수 측면에서는 중국, 미국에 이어 한국이 3위에 올랐다. 분야별 특허 출원 수는 양자통신, 양자센싱, 양자컴퓨팅 분야 모두에서 한국은 3위를 기록했다.
국내에서는 한국과학기술연구원(KIST), 한국전자통신연구원(ETRI), 고등과학원, 한국표준과학연구원, 기초과학연구원(IBS), 국가보안기술연구소 등의 정부출연연구원을 중심으로 양자기술을 연구개발하고 있으며, KAIST, 포스텍, 서울대, 아주대 등이 함께하고 있다. 특히 2021년 강원도는 ETRI, 한림대와 양자기술 업무협약식을 갖고 한림대에 강원양자기술연구소를 마련하기도 했으며, 한림대와 협력해 학·연 석·박사 과정을 운영하고, 양자 관련 학과 개설도 추진하기로 했다.
양자기술은 물리학, 수학, 컴퓨터공학, 전기공학, 재료공학 등 다양한 학문과 엔지니어링 기술이 융합된 기술이기 때문에 어느 한 분야의 전문지식만으로는 기술의 진보 속도를 따라잡지 못해 다학제 간 융합이 필수적이다. 양자기술 전공자든 비전공자든 이 분야에 도전할 수 있다. 글로벌 기업들의 양자기술 인력 양성 프로그램을 살펴보면 전공자와 비전공자로 나눠 인력 양성 프로그램을 진행함을 알 수 있다. 양자기술 전공자는 주로 물리학 관련 분야 대학원 과정에서 배우는 큐비트 제작부터 오류 정정 등에 이르기까지 이론과 실험을 다루는 반면, 전자공학, 소프트웨어, 공정, 기계공학, 광학, 재료공학 등의 전공자는 양자기술에 대한 기초적인 지식 위주로 교육받는다.
글_이충환 동아에스앤씨 편집위원
