고전-양자 하이브리드 컴퓨팅을 이용해 분자의 구조계산을 형상화한 그림.[KIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] “더 이상의 꿈의 기술은 없다?”

슈퍼컴퓨터보다 훨씬 더 빠른 연산, 어떤 해킹에도 절대 뚫리지 않는 암호기술. 이처럼 꿈 같은 현실을 제공해줄 핵심기술. 바로 양자컴퓨터로 대표되는 양자기술이다.

양자컴퓨터는 획기적인 연산속도로 산업 전반에 큰 영향을 미칠 뿐만 아니라 기존 암호체계를 무력화하는 양면성을 갖고 있다. 이런 이유에서 미국, 중국 등 주요 선진국들은 양자현상을 이용해 획기적으로 보안성을 높일 수 있는 양자암호와 네트워크 기술 개발에 사활을 걸고 있다. 비록 후발주자이지만 우리나라도 양자기술 경쟁력 확보에 총력을 기울이며 레이스에 뛰어든 상태다.

▶슈퍼컴퓨터보다도 빠른 양자기술 뭐길래=4차 산업혁명의 대표기술이라 할 수 있는 인공지능, 빅데이터, 블록체인 등 기술의 효율적인 정보처리를 위해서 성능이 더욱 우수한 컴퓨터가 요구된다. 양자컴퓨터는 원자 단위에서 일어나는 중첩과 얽힘이라는 양자적 현상에 착안한 것이다. 중첩과 얽힘 성질을 기반으로 양자 알고리즘이 구동되는 양자컴퓨터를 개발하면 현존하는 슈퍼컴퓨터를 훨씬 능가하는 성능을 얻을 수 있을 것으로 기대된다.

현재 전 세계 양자시장 규모는 약 21억 달러(2조 7000억원) 규모에 불과하지만 연평균 20%이상의 높은 성장을 예고하고 있다. 양자암호통신의 경우 이미 초기 상용화 단계에 진입했으며, 양자 센서는 향후 7~9년 사이, 양자컴퓨터의 경우 10~15년 사이 상용화 시장이 열릴 것으로 전망된다.

양자기술은 양자역학적 특성을 정보통신기술에 적용하기 위해 양자상태를 생성(쓰고), 제어(전송, 저장, 처리), 측정(읽고) 및 분석하는 기술’로, 일반적으로 양자컴퓨팅, 양자통신, 양자센싱으로 구분된다.

한상욱 한국과학기술연구원(KIST) 양자정보연구단장은 “양자기술은 기초원천 연구에서 산업화를 위한 연구개발로 전환되는 시점”이라며 “아직까지 본격적인 산업화가 이뤄지지 않았는데도 미래 기술경쟁의 핵심이 될 것이라는 확신 하에 미국과 중국, 유럽 모두 전략기술로 선정하고 집중 육성하고 있다”고 말했다.

IBM 퀀텀이 개발한 양자컴퓨터 [출처 IBM 홈페이지]

▶미국, 유럽, 중국 전략기술 선정 집중 투자=유럽연합(EU)은 양자물리학을 탄생시킨 주역으로 과학이 기술과 산업으로 연계되는 제2차 양자혁명을 위한 ‘퀀텀 플래그십 프로젝트’를 시작했다. 10년간 10억 유로를 투자하는 대형 사업으로 EU 공동 프로그램(Horizon 2020)에서 50% 재원을 투자하고 각 회원국 정부와 산업체가 나머지 재원을 분담한다. 실험실의 기술이 시장의 제품으로 성공하도록 역량을 집중한다고 강조한다.

미국도 ‘내셔널 퀀텀 이니셔티브’ 법안을 지난 2018년말 제정했고 올해부터 본격적으로 사업을 시작하기 위해 과제 제안을 받고 있다. 2~5개 정도의 양자연구센터를 설립해 미국이 전 세계 양자정보통신기술을 선도하고, 관련 인력을 양성해 새로운 양자 산업을 육성할 목적으로 5년간 6억 달러를 투자할 예정이다. 이와 별도로 민간영역에서도 구글, IBM, 마이크로소프트 등이 막대한 투자를 단행 중이다.

양자암호통신은 양자컴퓨터 개발로 기존 암호체계가 취약해질 것을 대비해 연구개발 중인 분야다. 빛 알갱이 ‘광자’를 이용해 정보를 통신하는 기술로 해킹할 수 없어 보안이 뛰어나다고 알려졌다. 양자암호통신은 제삼자가 정보탈취를 시도했을 때 이를 사전에 알 수 있어 원천적으로 해킹 위협을 차단할 수 있다.

양자암호통신 기술 없이도 양자컴퓨터에 의한 해킹 우려를 없앨 수 있는 양자내성암호 기술은 상용화 속도가 더 빠를 것으로 전망된다. 양자내성암호기술은 양자컴퓨터로 풀어내는데 수십억년이 걸리는 복잡한 수학 알고리즘을 사용하는 암호화 방식이다. 수백㎞ 이상의 장거리 전송이 가능하며, 별도의 장비 없이 소프트웨어만으로도 구현 가능하다. 또 휴대폰에서 소형 사물인터넷(IoT) 디바이스까지 유연하게 적용해 유·무선 통신망의 모든 영역에서 보안을 제공할 수 있다.