전문가 좌담
양자 컴퓨팅(종합)편 - 양자 컴퓨팅과 양자암호통신
전문가 좌담
구분선 ♦ 일시: 2025년 8월 13일 14:00 ~ 16:00
♦ 장소: 비즈허브 서울센터
♦ 참석자
김재완 고등과학원 양자우주연구센터 석학교수(좌장)
방정호 연세대학교 융합과학기술원 부교수
윤지원 SDT 주식회사 대표
정일룡 한국표준과학연구원(KRISS) 국가양자정책센터 센터장
한상욱 한국과학기술연구원(KIST) 양자기술활용연구거점 사업단장 구분선
방정호 양자컴퓨터의 시작은 아마 다 알고 계시겠지만 제일 먼저 언급한 사람은 리처드 파인만(Richard Feynman) 교수입니다. 그런데 사실 거의 같은 시기에 폴 베니오프(Paul Benioff)라는 학자도 양자컴퓨팅의 개념과 필요성에 대해 이야기했습니다. 당시에는 ‘양자컴퓨터’라는 용어를 쓰지는 않았지만, 복잡한 물리계를 실제 양자 시스템으로 시뮬레이션할 수 있을 것이라는 아이디어가 제시된 겁니다. 그 뒤에 데이비드 도이치(David Deutsch) 교수가 양자 튜링머신(Quantum Turing machine, QTM)1) 개념을 정립하면서 양자컴퓨터는 단순한 상상이 아니라 물리적으로 구현 가능한 대상으로 자리 잡게 되었습니다. 이후 쇼어 알고리듬(Shor's algorithm)2) 같은 구체적인 성과들이 나오면서 양자컴퓨팅 연구가 본격화되었죠. 여기서 중요한 점은, 양자컴퓨팅이 단순히 기존 컴퓨터의 고도화가 아니라는 겁니다. 양자컴퓨팅은 정보처리 및 가공의 기반이론이 기존의 전자기학 및 반도체이론에서 양자이론으로 완전히 전환된 것입니다. 따라서 정보의 개념이나 이를 다루는 방식 자체가 근본적으로 달라집니다. 즉, 기존 컴퓨터의 성능을 개선하거나 병렬컴퓨터를 더 발전시킨 형태가 아니라, 완전히 새로운 패러다임의 컴퓨팅이라고 할 수 있습니다.
1) 1985년 영국 물리학자 데이비드 도이치가 튜링 기계 개념에 양자이론을 적용한 ‘범용 양자 컴퓨터’에 관한 논문을 발표(중소기업기술정보진흥원, 2022)
2) 1994년 미국의 MIT 응용수학과 교수 피터 쇼어는 기존 알고리듬보다 소인수 분해를 훨씬 더 빠르게 처리할 수 있는 새로운 알고리듬을 제안(중소기업기술정보진흥원, 2022)
한상욱 사실 많은 분들이 양자컴퓨터라는 이름 때문에 오해를 하곤 합니다. ‘컴퓨터’라는 단어가 붙어 있으니 우리가 쓰는 일반 컴퓨터처럼 가감승제를 빠르게 해줄 것이라 기대하지만, 실제로는 그런 계산에 오히려 매우 서툽니다. 양자컴퓨터가 잘하는 것은 전혀 다른 종류의 연산입니다. 또 한 가지는 외형에 대한 오해입니다. 양자컴퓨터라고 하면 책상 위에 있는 PC 같은 모습을 떠올리지만, 실제 하드웨어 장치를 보면 전혀 다릅니다. 그래서 일반인 입장에서는 개념을 쉽게 받아들이기가 어렵습니다. 그리고 중요한 점은, 고전 컴퓨터로 풀 수 없는 문제라 해서 모두 양자컴퓨터가 해결할 수 있는 건 아니라는 겁니다. 다만 문제 자체가 양자컴퓨터에 적합한 형태라면, 그때는 압도적으로 뛰어난 성능을 발휘합니다. 그렇기 때문에 현재의 양자컴퓨터는 범용적인 계산기를 대체하는 것이 아니라, 특정한 문제를 풀기 위해 특화된 목적형 컴퓨터로 보는 것이 더 정확할 것입니다.
정일룡 저는 고전컴퓨터를 기반으로 하는 컴퓨터비전을 전공했기 때문에 처음에는 양자컴퓨터를 ‘슈퍼컴퓨터를 뛰어넘는 만능 컴퓨터’ 정도로 생각했습니다. 그런데 실제로 양자 관련 연구를 접하고, 또 양자 클라우드에서 알고리듬을 돌려보니 전혀 달랐습니다. 이건 모든 걸 다 잘하는 컴퓨터가 아니라, 특화된 문제를 아주 잘 풀어내는 컴퓨터였습니다. 차이점을 좀 더 살펴 보자면, 고전컴퓨터는 일반적으로 하나의 입력에 대한 하나의 결과값이 출력됩니다. 반면, 양자컴퓨터는 양자컴퓨터의 기본단위인 큐비트에 다양한 상태가 중첩되어 있고 이를 활용하여 연산이 가능하며, 관측되는 순간 하나의 상태로 결정되는 확률적·비결정론적 성격을 갖고 있어, 고전 컴퓨터와 큰 차이가 있습니다. 저 역시 처음엔 그런 차이가 낯설었고 직접 경험해 보면서 고전컴퓨터에 익숙한 사람들이 양자컴퓨터를 처음 접했을 때의 흔히 갖는 오해와 같은 과정을 겪었습니다. 관심이 있으시다면 누구나 양자컴퓨터 클라우드에 접속 가능한 환경이 제공되고 있으니 간단한 연산을 직접 접해 본다면 비슷한 인상을 받을 것이라 생각합니다.
윤지원 저는 사업하는 사람이니까 산업적 관점에서 말씀드리자면, 양자컴퓨터도 결국 제조업의 산물입니다. 크게 세 부분으로 구성되는데, 먼저 CPU(Central Processing Unit, 중앙 처리 장치)나 GPU(Graphic Processing Unit, 그래픽 처리 장치)에 해당하는 QPU(Quantum Processing Unit, 양자 처리 장치), 진공이나 극저온 환경을 만드는 장비, 그리고 제어·계측 장비가 있습니다. 현재는 수십~수백 개의 큐비트 규모라 크기가 방 하나를 채울 정도이지만, 실제로 쓸모가 있으려면 약 100만개의 큐비트가 필요합니다. 이때는 일부 연구자들이 말하듯 축구장 규모의 컴퓨터가 될 수도 있을 것입니다. 따라서 초대형 AI·HPC(High Performance Computing, 고성능 컴퓨팅) 센터 같은 하이퍼스케일러(hyperscaler, 대형 클라우드 서비스 공급업체)의 사업 영역에 들어가게 됩니다. 제조업 관점에서 보면, QPU는 여전히 과학적으로 규명되지 않은 부분이 많아 연구와 개발이 병행되어야 합니다. 비용도 수조 원에서 수십조 원에 달할 것으로 예상됩니다. 반면 환경 장비나 제어 장비는 이미 고전 물리, 전자공학, 컴퓨터공학의 기반 위에 있기 때문에, 앞으로는 QPU의 성능에 맞춰 점진적으로 확장될 수 있을 것입니다.
#2. 기술·산업 현황
김재완 디지털 컴퓨터가 실리콘 기술로 방향이 정해진 것과 달리, 양자컴퓨터는 아직 초전도체, 이온 트랩, 중성 원자, 다이아몬드 NV, 광자 등 다양한 플랫폼이 춘추전국시대처럼 병행되고 있습니다. 오늘은 이 중에서도 주요 기술이 세계적으로 어느 수준에 와 있는지, 어떻게 발전하고 있는지 말씀해 주시길 바랍니다.
한상욱 기술 개발 현황을 말씀드리기 전에 큰 틀에서 정리해 보겠습니다. 양자컴퓨팅 연구는 두 가지 방향으로 진행됩니다. 하나는 양자컴퓨터 자체의 성능을 높이는 연구이고, 다른 하나는 실제 활용처를 찾는 응용 연구입니다. 연구자들은 전자를 더 중요하게 볼 수 있지만, 저는 응용 분야 역시 그에 못지않게 중요하다고 생각합니다. 하드웨어와 소프트웨어 고도화는 구글, IBM 같은 빅테크 기업들이 주도하고 있습니다. 반면 금융, 자동차, 소재, 제약 등 산업 현장의 기업들은 양자컴퓨터를 활용해 자사 경쟁력을 높이려는 응용 연구에 힘쓰고 있습니다. 응용 연구 성과는 일반인에게도 체감될 수 있다는 점에서 매우 중요합니다. 하드웨어 측면을 보자면, 현재 인정받는 큐비트 기술은 여섯 가지입니다. 초전도, 이온트랩, 중성원자, 광자, 다이아몬드 NV센터, 퀀텀닷 방식입니다. 각각 장단점이 뚜렷해 아직 단일한 표준으로 수렴하지 않았습니다. 예를 들어 어떤 기술은 대규모 확장에 유리하고, 어떤 기술은 오류율이 낮거나 제어 장치 구현이 수월합니다. 과거에는 100만 개 이상의 큐비트가 있어야 의미가 있다고 봤지만, 최근 알고리듬 발전 덕분에 1만~10만 개 규모에서도 활용 가능성이 커지고 있습니다. 그럼에도 불구하고 더 많은 큐비트를 확보하고 오류를 줄이는 경쟁은 계속되고 있습니다. 현재 상업적으로 가장 앞서가는 플랫폼은 초전도, 이온트랩, 중성원자, 광자 네 가지이며 특히 IBM이 1,000개 수준의 초전도 큐비트를 발표하면서 가장 발전된 기술로 평가받고 있습니다.
김재완 말씀하신 여섯 가지 플랫폼 외에도, 사실 최초로 양자컴퓨터를 이용해 소인수분해를 시도했던 사례가 있습니다. 2001년 IBM에서 핵자기공명(Nuclear Magnetic Resonance, NMR) 장치를 활용해 구현한 것이었는데, 이는 실험실에서 과학 분석에 흔히 쓰이는 기술입니다. 그러나 큐비트 수를 늘리기 어려워 10개 정도에 머물렀고, 결국 주류 기술로 이어지지 못했습니다. 다만 다른 용도로 활용될 가능성은 남아 있습니다. 이어서 국제적인 현황과 우리나라의 상황에 대해 말씀해 주시면 좋겠습니다.
윤지원 사업을 하다 보면 과학이나 철학적 이상보다 결국 돈의 흐름이 세상을 움직인다는 사실을 절감합니다. 양자 분야도 마찬가지입니다. 전자공학이나 컴퓨터공학의 발전 역시 이론적으로 가장 우수한 기술이 이어진 것이 아니라, 투자받을 준비가 된 플랫폼이 선택을 받고 자본의 힘으로 난제를 극복하며 성장해 왔습니다. 저는 그래서 ‘어떤 큐비트가 과학적으로 가장 뛰어난가’보다 ‘돈이 어디로 흐를 것인가’를 기준으로 평가하는 것이 중요하다고 봅니다. 투자자들이 양자컴퓨터를 볼 때 주로 다섯 가지를 평가합니다. 첫째는 큐비트 수, 둘째는 신뢰도(Fidelity), 셋째는 오류 보정(Quantum Error Correction) 가능성, 넷째는 모듈화를 통한 네트워크 구성 여부. 다섯째는 양산성입니다. 현재 주요 플랫폼들은 이 기준을 따르고 있으며, 막대한 비용 문제로 결국 3~5년 내 두세 개, 10년 후에는 한두 개로 수렴할 가능성이 큽니다. 양자 연구는 오래됐지만 본격적으로 자금이 몰리기 시작한 것은 불과 5년 전입니다. 초기에는 성과 부족으로 투자 철회 우려도 있었지만, 지난해 두 가지 전환점이 있었습니다. 첫째, 2020년 이후 큐비트 수가 매년 2배씩 늘며 ‘돈을 쓰면 성과가 나온다’는 확신을 준 점. 둘째, 구글과 큐에라(QuEra)가 오류 보정이 가능한 로지컬 큐비트(Logical Qubit)3)를 시연해 단순히 숫자만 늘리는 것이 아니라 품질도 개선되고 있음을 보여준 점입니다. IBM이 이미 1,000개 수준을 공개한 상황에서, 매년 2배씩 증가한다면 10년 내 100만 개 달성이 가능합니다. 이는 장기 펀드나 국가 펀드 입장에서는 충분히 투자 가치가 있는 시나리오입니다. 따라서 앞으로 10년간은 자본이 꾸준히 투입될 것으로 보이며, 그 과정에서 나오는 성과가 산업 전반의 판도를 좌우하게 될 것입니다.
3) 큐비트는 물리(Physical) 큐비트와 논리(Logical) 큐비트로 구분되며 ‘물리 큐비트’는 양자적 특성을 가진 입자를 활용해 양자 상태를 표현하는 기본 단위를 의미하고‘논리 큐비트’는 실질적인 연산에 활용할 수 있는 물리 큐비트의 조합으로 물리 큐비트와 보조 큐비트로 구성되어 오류 발생률을 낮춤으로써 안정적인 양자 연산이 가능(소프트웨어정책연구소, 2025)
김재완 두 분께서 양자컴퓨터 하드웨어 개발에 대해 말씀해 주셨는데, 사실 어떤 기술이든 초기에는 만드는 사람들이 가치를 창출하지만, 성숙 단계에 이르면 활용하는 쪽에서 더 큰 가치가 나옵니다. 연세대학교는 이미 127큐비트 규모의 IBM 퀀텀 시스템 원(IBM Quantum System One)을 도입했고, 방정호 교수님께서 이를 어떻게 활용할 수 있을지 다양한 연구를 진행하고 계십니다. 이 부분에 대해 말씀해 주시면 좋겠습니다.
방정호 두 분 말씀에 공감하며 저는 양자컴퓨터 활용 측면에서 말씀드리겠습니다. 초기 연구는 주로 새로운 양자 알고리듬을 개발해 기존 컴퓨터보다 얼마나 빠른지 이론적으로 증명하는 데 집중했습니다. 이론과 실험은 별개 영역이었고, ‘백만 큐비트’ 같은 표현도 그런 맥락에서 나온 것입니다. 하지만 연구가 벽에 부딪히자 새로운 흐름이 등장했습니다. 종이 위의 계산이 아니라 실제 문제를 설정하고 실험으로 입증하자는 철학, 즉 NISQ(Noisy Intermediate-Scale Quantum, 오류 포함 중간규모 양자컴퓨터) 단계였습니다. 수백 개 이하의 큐비트로도 유용한 결과를 보여주자는 것이었죠. 대표적 사례가 구글의 양자 우월성(Quantum Supremacy)4) 실험입니다. 그 이후 양자컴퓨팅 및 양자머신러닝 등의 활용연구가 본격화되고 있습니다. 여기서 말하는 ‘활용’은 난항이 있는 이슈에 양자컴퓨터를 곧바로 적용해 즉각적인 해법을 얻는다는 것만 뜻하지는 않습니다. 그보다는 오히려, 현 수준의 하드웨어가 허용하는 범위 안에서 실질적 이득이 있는 응용사례를 발굴하고 축적해, 기존의 슈퍼컴퓨팅 및 고성능 AI 기반 연구개발 방법론을 고도화하고 내재화하는데 초점을 맞추자는 것입니다. 실제로 신약개발과 금융 등 여러 산업에서 대기업들이 기존 연구개발 플랫폼을 양자기술로 어떻게 확장할지 전략적으로 모색하고 있습니다. 양자컴퓨팅은 이제 실험적 검증을 넘어 기술의 내재화와 산업화로 이어져야 합니다. 머지않아 분명히 특정기업이 양자기술로 가시적 성과를 내고, 뒤이어 다른 기업들이 추격하는 국면이 올 것입니다. 이에, 지금 우리는 향후 산업 경쟁력을 좌우할 수 있는 중요한 변곡점 위에 있습니다.
4) 양자 컴퓨터의 연산 능력이 월등히 뛰어나 그 어떤 고전 컴퓨터로도 동등한 수준의 연산을 수행할 수 없는 경우를 의미(한국양자정보학회)
#3. 정책 동향
김재완 작년부터는 양자컴퓨터가 ‘정말 가능할까?’라는 질문에서 ‘언제 가능할까?’로 논의가 바뀌는 전환점이 있었습니다. 과거에는 늘 10년 후라는 막연한 답뿐이었지만 이제는 구체적인 로드맵이 잡히고 있습니다. 대표적인 사례로, 구글은 우주 나이의 1,000조 배가 걸릴 문제를 단번에 해결하며 오류 보정(Error Correction) 가능성을 실증했고, IBM은 16큐비트 양자컴퓨터를 활용해 췌장암 관련 단백질 억제제를 타깃으로 삼아 연구하는 데 성공했습니다. 물론 기존 컴퓨터로도 가능한 작업이지만, 양자컴퓨터의 잠재력을 보여준 중요한 성과였습니다. 이처럼 분명한 지표들이 나타나고 있는 상황에서, 우리나라가 정책적으로 어떻게 이를 뒷받침할 수 있을지에 대해 말씀을 청해 듣고자 합니다.
정일룡 양자분야의 글로벌 정책 동향을 살펴보면, 미국이 국가 양자 이니셔티브 법(National Quantum Initiative Act, NQI)을 제정하는 등 세계 각국은 양자기술의 효용성과 위험성을 동시에 인식하고, 국가 전략기술이자 핵심 안보 기술로 양자 기술 선점을 위하여 국가 차원의 전략 수립과 대단위 투자를 확대하고 있습니다. 효용성 측면에서는 신약, 화학, 금융, 물류, 제조업 등 최적화 문제에서 산업적 파급력이 클 것으로 평가되면서 차세대 산업혁명을 일으킬 핵심 기술로 평가되었고, 위험성 측면에서는 양자컴퓨터가 RSA 암호체계5)를 무력화할 수 있다는 우려가 있는 등 안보 측면에서도 대변혁을 일으킬 것으로 예측되었습니다. 우리나라 정부도 양자기술의 경제적, 안보적 중요성을 인식하고, 양자기술에 대한 국가적 전략을 수립하고, 집중적인 투자를 진행하고 있습니다. 2021년 투자 전략을 마련했고, 2023년 대한민국 양자과학기술 전략을 선포했으며, 양자기술산업법이 제정되었고, 2024년에는 AI·첨단바이오와 함께 양자를 3대 전략기술로 선정했습니다. 예산은 2019년 106억 원 수준에서 2025년 약 1,980억 원 수준으로 늘어나는 등 아직은 세계 주요국 대비 투자 규모가 열세6)이지만 지속적으로 투자를 확대하고 있습니다. 투자 흐름을 보면 글로벌 시장도 2020년 이후 급성장하다 2023년에 잠시 주춤했지만, 양자컴퓨팅 분야의 성과 등이 나오면서 2024년 투자액이 전년 대비 거의 두 배가 증가하였습니다. 이는 양자 분야가 첫 번째 위기를 넘어섰음을 보여줍니다. 국내에서도 올해 말부터 6,500억 원 규모의 양자 플래그십 프로젝트가 시작될 예정이므로 국내 양자 투자환경도 대폭 개선될 가능성이 크다고 보여집니다. 플래그십 프로젝트로 진행될 초전도, 중성원자 플랫폼 외에도 다양한 플랫폼의 하드웨어 뿐만 아니라 소프트웨어, 특히 AI와 연계한 활용 연구에도 한층 더 무게가 실릴 것으로 보입니다.
5) RSA 암호는 리베스트-샤미르-애들먼(Rivest-Shamir-Adleman)의 약자로, 두 개의 매우 큰 소수를 곱하여 생성한 합성수를 분해하는 것이 매우 어렵다는 수학적 원리를 이용하는 비대칭 암호화 기술
6) 일본의 경우, 2024년 양자분야에 천억엔(약 1조 원) 투자, 우리나라는 2024년 1,285억 원 투자
김재완 그 부분은 조금 뒤에 다시 여쭙겠습니다. 2019년만 해도 우리나라의 투자 규모는 경제·과학기술 수준에 비해 매우 초라했습니다. 싱가포르나 대만보다도 적은 수준이었지요. 하지만 불과 몇 년 사이에 투자가 급격히 확대되며 상황이 크게 달라졌습니다. 다만 정부, 연구소, 대학의 노력이 아무리 크더라도 이를 흡수하고 활용할 기업이 없다면 결국 다른 나라 산업만 돕게 될 수 있다는 점에서 연구자들의 우려도 여전히 존재합니다.
한상욱 정책과 관련해 한 말씀 더 드리자면, 정일룡 센터장님께서 말씀하신 것처럼 투자 규모가 빠르게 늘고 있지만 절대액은 아직 크지 않습니다. AI 반도체나 첨단바이오는 연간 1~2조 원이 투입되지만, 양자는 2,000억 원 수준에 불과합니다. 다만 오히려 이것이 긍정적이었던 이유는, 양자처럼 이해하기 어려운 분야에 급격한 투자가 이루어지면 왜곡과 부작용이 생길 수 있기 때문입니다. 실제로 연구자들도 점진적 확대를 선호했고, 정부가 이를 반영해 초기에는 인력 양성, 원천기술, 인프라 중심으로 투자가 이루어졌습니다. 그 결과 지금까지는 안정적으로 잘 진행됐다고 생각합니다. 하지만 이제는 변곡점에 와 있습니다. 산업계가 직접 참여하고 기업이 투자할 수 있도록 정책 방향을 바꿀 시점입니다. 기업은 수익을 보고 움직이기 때문에, 정부가 수요자 역할을 하거나 간접 지원을 통해 투자를 유도해야 합니다. 지금까지의 기조를 유지하는 대신, 이제는 활용과 산업화 중심으로 투자의 무게를 옮겨야 할 때라고 봅니다.
김재완 덧붙이자면, 2021년 미국 상무부가 중국 관련 양자기술 업체 약 27곳을 제재했는데, 이 중 21곳이 중국 기업이었고 일본·싱가포르·홍콩 기업도 일부 포함되었습니다. 이후 서방 12개국과 우리나라가 연합해 대응했으며, 산업적 측면에서는 중국과 명확히 경계가 그어져 중국 기업과 협력하면 서방 제재를 받을 수 있는 구조가 되었습니다. 다만 학문적 교류는 여전히 활발합니다. 아시아양자정보과학기술학술대회(Asian Quantum Information Science Conference, AQIS)만 해도 중국 연구자가 30~40% 참여하고 있습니다. 그래서 국제 학술교류는 이어지지만, 산업과 외교적 이해관계가 얽히면서 행사나 회의를 기획할 때 중국을 초대해야 할지 여부가 늘 어려운 문제로 남아 있습니다. 이 점에 대해 어떻게 보시는지 말씀 부탁드립니다.
정일룡 수출 통제는 점점 더 강화되고 있습니다. 미국은 美 상무부의 수출관리 규정을 통해서 양자 알고리듬, 양자컴퓨터용 극저온 CMOS 등 관련 품목 통제뿐 아니라 특정 기업, 기관 등에 수출 금지, 거래 제한 조치까지 확대했고, 영국을 비롯한 주요 서방 국가들도 양자 컴퓨터 등 관련 품목에 수출 통제를 강화하고 있습니다. EU는 양자과학기술 등 민감 핵심기술에 대한 외국인 투자 검토를 강화하고 영국은 양자과학기술 등 국가 안보에 위협이 되는 분야에 대하여 외국인이 인수를 추진할 경우 신고, 심사 체계를 수립하는 등 양자기술에 대한 투자도 정부 허가를 받아야 하는 방향으로 규제가 강화되는 추세입니다. 사실상 안보 핵심기술로 타국의 투자를 제한하겠다는 의미입니다. 이는 양자 분야가 국가 안보와 밀접하게 연관되어 있기 때문입니다. 이러한 국제 정세는 양자분야의 국제협력 상황에도 반영되고 있습니다. 미국은 양자분야의 협력을 미국을 중심으로 한 유사입장(like-minded nation) 국가들 중심의 협력 체계를 구축하여 국제협력을 진행하고 있으며, 점차 글로벌 기술 패권 경쟁이 가속화 되고 있는 상황입니다.
#4. 사회적·산업적 파급효과
김재완 양자기술의 가능성에 주목하면서도 국가별 대응은 크게 다른 모습입니다. 여러 나라가 큰 기대를 걸고 있는데, 실제로 이 기술이 현실화된다면 사회와 산업에 어떤 영향을 미칠지 궁금합니다. 방정호 교수님께서 이 부분을 많이 고민하셨을 것 같아 말씀을 부탁드립니다. 또 교수님은 AI와 머신러닝 연구도 함께 하시는데, 작년 노벨상 수상 사례가 흥미롭습니다. 물리학상은 ‘Science for AI’, 즉 AI를 만들기 위한 물리학이었고, 화학상은 ‘AI for Science’, 즉 과학 연구에 AI를 활용한 사례였습니다. 양자 분야 역시 ‘Quantum for AI’와 ‘AI for Quantum’7) 두 방향이 동시에 논의되고 있습니다. 이러한 관점에서 교수님의 의견을 듣고 싶습니다.
7) ‘AI for Quantum and Quantum for AI’는 양자컴퓨팅과 AI의 상호보완적인 관계를 표현하는 문구로, 2013년 Google Quantum AI Lab의 설립으로 점차 사용되기 시작하여 현재 두 기술의 융합을 표현하는 용어로 사용(소프트웨어정책연구소, 2025)
방정호 사회적 파급 효과는 굳이 강조하지 않아도 분명합니다. 연구자들이 꿈꾸는 최종 단계의 양자컴퓨터가 현실화된다면 암호 체계 개편과 같은 거대한 변화가 뒤따를 것입니다. 다만 모든 기술에는 조건이 있기 때문에 “양자컴퓨터가 모든 문제를 해결한다”는 식의 과도한 기대는 경계할 필요가 있습니다. 그럼에도 금융이나 신약 개발처럼 실제로 체감할 수 있는 분야에서는 분명히 가까운 시일 내 효과가 나타날 것입니다. 예컨대 신약 개발 속도가 빨라지고 약효가 개선되면 비용 절감이나 효능 향상으로 이어질 수 있습니다. 저는 학위 과정부터 양자 머신러닝을 연구했는데, 당시만 해도 다소 비현실적인 비전으로 간주되었던 개념이 지금은 학문적으로 자리 잡았습니다. 아직 성숙한 이론 체계는 아니지만, 양자 이론이 AI 구현에 기여할 수 있다는 가능성은 이미 여러 연구로 입증되고 있습니다. 반대로 AI 기술이 양자컴퓨터의 구현과 운영, 특히 오류 정정 같은 분야에서 활용되는 사례도 늘어나고 있습니다. 따라서 AI와 양자의 접점은 이미 현실에 존재하며 앞으로 더욱 확대될 것입니다.
김재완 현재 IBM이나 구글을 비롯한 여러 기업들이 양자컴퓨터를 어디에 활용할 수 있을지, 특히 유틸리티 측면에서 활발히 논의하고 있습니다. 기업을 운영하시는 입장에서 윤지원 대표님께서는 이 부분에 대해 어떤 견해를 갖고 계신지 말씀해 주시면 좋겠습니다.
윤지원 앞서 말씀드린 ‘돈의 지배’와 관련해 보면, 현재 AI 분야에서 가장 큰 수혜자는 엔비디아(NVIDIA)입니다. 단순하게 말하면 그들은 GPU를 만들고, 양자컴퓨터의 핵심은 QPU인데 엔비디아는 이를 직접 만들지 않습니다. 역으로 보면 QPU가 보편화될수록 엔비디아의 수익 구조가 흔들릴 수 있다는 의미이기도 합니다. 그래서 엔비디아가 AI와 양자를 결합하려는 전략은 단순히 과학적 의미 때문만이 아니라 현재 막대한 수익을 지키고 앞으로도 돈의 흐름을 주도하기 위한 기득권 유지 전략과도 맞닿아 있다고 생각합니다.
한상욱 사회·산업적 파급 효과와 관련해 말씀드리면, 2023년에 과기정통부가 기술영향평가 주제로 양자를 선정한 바 있습니다. 당시 철학, 사회학, 국방, 미디어, 양자 전문가 등 다양한 분야의 위원들이 참여해 긍정적·부정적 효과를 논의했습니다. 긍정적으로는 각 산업의 혁신 가능성이 강조되었고, 반대로 양자기술을 활용하는 기업과 그렇지 못한 기업 간 경쟁력 격차, 나아가 국가 간 격차가 엄청나게 벌어질 수 있다는 지적도 있었습니다. 이 차이는 개인 단위에서도 나타날 수 있습니다. 마치 일부 어르신들이 키오스크 사용에 어려움을 겪듯, 양자 기술을 활용할 수 있는 개인과 그렇지 못한 개인 간 격차가 발생할 수 있다는 것입니다. 활용 단계로 본다면, 초기 양자컴퓨터는 슈퍼컴퓨터처럼 일부 연구소나 대기업에만 도입될 가능성이 큽니다. 따라서 이를 활용할 수 있는 기관과 기업은 빠르게 치고 나가고, 그 과정에서 생길 사회·산업적 격차를 국가 차원에서 어떻게 완화할 것인지 지금부터 고민해야 한다는 논의가 있었습니다.
김재완 새로운 기술이 등장하면 늘 부작용 논의가 따르는데, 양자컴퓨터도 마찬가지입니다. 학회에서도 윤리적 문제를 다루는데, 대표적인 주제가 바로 한상욱 단장님이 말씀하신 것처럼 ‘접근할 수 있는 사람과 그렇지 못한 사람 간의 격차’입니다. 양자컴퓨터는 개인이 보유하기 어려워 결국 클라우드 서비스 형태가 될 가능성이 큽니다. 그런데 이 경우, 운영 기관이 사용자의 정보를 모두 볼 수 있는 것 아니냐는 우려가 제기됩니다. 이와 관련해 ‘블라인드 양자컴퓨팅(Blind Quantum Computing)’ 같은 개념이 보안 문제와 함께 논의되고 있습니다. 결국 맥킨지 보고서처럼 수요 전망만 중요한 것이 아니라, 우리가 예상치 못한 새로운 쟁점과 가능성도 함께 고려해야 합니다. 정책적 측면에서 의견을 더 보태주시면 좋겠습니다.
정일룡 활용 측면에서 보면, Blind Quantum Computing 이야기가 나온 것처럼 국가 안보 이슈도 큽니다. 예를 들어 우리나라는 현재 IBM 양자컴퓨터 등의 외산 양자컴퓨터 클라우드로 접속해 연구를 하지만, IBM의 서비스 약관에는 국방 등 분야에 사용이 금지되어 있습니다. 즉, 안보 관련된 기술을 해외 양자컴퓨터로 연구하는데 제약이 있고, 다른 측면에서는 우리 국방 기술을 타국의 컴퓨터를 활용하기에는 보안의 문제가 있는 등 다양한 관점에서 어려움이 있습니다. 따라서 안보 기술을 연구하기 위해서는 우리의 양자컴퓨터를 보유해야 할 필요성이 생깁니다. 또 다른 측면은 보급 및 활용 문제입니다. 과거 정부가 퍼스널 컴퓨터 보급 사업을 통해 정보 격차를 줄였듯, 양자에서도 비슷한 논의가 필요합니다. 우선적으로 관련 연구를 하는 기업, 연구원, 학교 측면에서 살펴보아도 해외 양자 클라우드 서비스 간단한 연산의 경우 제한적으로 무료 이용이 가능하지만, 실질적으로 활용하기 위해서는 높은 비용을 지불해야하는 문제가 있어, 양자컴퓨터를 쉽게 활용하기가 어렵습니다. 정부에서는 이러한 문제점을 인식하고 올해부터 양자컴퓨팅 서비스 및 활용체계 구축 사업을 시작하여 양자컴퓨터 서비스를 이용할 수 있도록 지원하는 등 국내 양자컴퓨터 활용 생태계 확장에 나서고 있습니다. 앞으로는 개인이 직접 보유하진 못하더라도, 정부가 공공 클라우드 형태로 양자 서비스를 제공해 정보의 격차를 줄이고 양자컴퓨터의 활용 기회를 넓히는 방향으로 갈 가능성이 큽니다.
김재완 참고로 제가 작년에 들은 바로는 IBM 양자컴퓨터 사용료가 1시간에 약 700만 원에 달한다고 합니다. 그러니 양자컴퓨터 소프트웨어를 개발하는 업체 입장에서는 상당히 부담스러운 상황입니다. 그나마 직접 사용하지 않고 에뮬레이터(Emulator)로 대체할 수는 있지만, 큐비트 수가 늘어날수록 실행 시간이 기하급수적으로 늘어나 어려움이 많습니다. 이에 대해 방정호 교수님께서도 보태실 말씀이 있을까요?
방정호 아까 한상욱 단장님께서 말씀하신 것처럼, 양자컴퓨팅 활용에 대한 정부의 투자 기조가 필요합니다. 양자컴퓨팅 활용 연구에 대한 지원이 결국 양자 하드웨어의 접근 및 사용의 수월성으로 이어지는 가장 빠른 방법이기 때문입니다. 사실, 이는 선택의 문제가 아니라 전 세계적인 연구 흐름이기 때문에 반드시 응용 사례 발굴과 투자는 이루어져야 합니다. 실제로 IBM은 최근 70큐비트 이상을 활용해 일본의 RIKEN과 함께 고전 컴퓨터나 에뮬레이터로는 전산모사가 불가능한 수준의 화학 계산 문제를 다루었고, 그 결과는 사이언스 어드밴스드 저널에 출판되었습니다. 이런 성과는 국가 정책 차원에서 투자 근거가 충분하다는 것을 보여줍니다. 양자컴퓨팅 활용 연구를 단순히 알고리듬 개발이나 계산과학 측면에서의 이론 증명 수준으로만 보는 것은 현재 연구 흐름과 괴리된 접근입니다. 현재 활용 연구는 종이와 펜으로 할 수 있는 것이 아니라, 대규모 장비와 실험, 여러 분야 연구자들의 협업을 통해 이루어지고 있습니다. IBM의 70큐비트 사례도 IBM 및 RIKEN의 수십 명의 연구자가 함께 참여한 대형 프로젝트였습니다. 그런데 지금까지 국내에서 양자컴퓨팅 활용 측면의 사업은 전무했고, 알고리듬 및 소프트웨어의 개발 및 활용 연구도 소자개발 및 시스템 구축 측면에서 기획된 대규모 프로젝트의 일부 컨텐츠로 취급되거나 소규모의 개인과제 형태로만 진행되었습니다. 이러한 방식으로는 세계적 연구 경향을 따라가기 어렵습니다. 앞으로는 활용 연구 자체를 독립적이고 대규모로 기획할 필요가 있다고 생각합니다.
김재완 말씀을 들어보면 양자컴퓨터가 아직 완전한 형태, 이른바 ‘꿈의 컴퓨터’에 이르지는 못했지만 이미 그 가능성을 보여주고 있다는 것을 알 수 있습니다. 1970~80년대 미국의 유명한 컴퓨터 회사 DEC의 사장이 “대형 컴퓨터는 집집마다 필요 없다”고 했지만, 곧 상황이 달라졌던 것처럼 말이지요. 정일룡 센터장님께서 말씀하신 것처럼 “다른 나라에서 만든 양자컴퓨터를 들여다 쓰면 되지 않나?”라고 할 수 있지만, 과학기술 수준과 경제 규모를 고려하면 우리도 최소한 협상할 수 있는 자체 역량은 갖춰야 할 것입니다.
#5. 기술 개발 및 상용화의 과제
김재완 양자컴퓨터와 소프트웨어 개발 과정에서 우리가 직면한 문제점은 무엇이고, 이를 극복하기 위한 전략은 무엇일까요? 특히 윤지원 대표님께서는 재정적 어려움 속에서 사업을 이어오신 만큼 이에 대해 많은 말씀을 해주실 수 있을 것 같습니다.
윤지원 결국 문제는 돈입니다. 저희 회사는 국내 양자 관련 기업 중 가장 많은 투자를 받았지만 여전히 자금이 빠듯합니다. 올해만 연구개발에 약 120억 원을 쓰고 있는데, 인건비와 장비 비용은 계속 오르고 관세나 거시적 변수들까지 겹치면서 부담이 큽니다. 국가 과제도 일부 진행하고 있지만 운영의 대부분은 민간 투자에 의존하고 있습니다. 이런 상황에서 국가적 지원이 필요하다고 생각하지만, 그렇다고 특정 기업만 지원해 달라고 할 수도 없어서 자금 확보 방안을 매일 고민하고 있습니다.
김재완 캐나다 기업 자나두(Xanadu)는 창업자가 호주 출신이고, 핀란드의 IQM 역시 직원들의 국적이 40개국 이상이라고 합니다. 투자도 여러 나라에서 받고 있는데, 우리나라는 아직 주로 국내에서만 투자를 받는 상황인지 궁금합니다.
윤지원 저희 회사에도 외국인 인력이 점점 늘고 있고, 해외 펀드 접근도 조금씩 나아지고 있습니다. 하지만 우리나라 벤처 투자 환경은 여전히 해외 자금 유치에 불리한 측면이 있습니다. 국내 벤처기업에 투자하는 해외 펀드는 복잡한 법적 절차와 외환 관련 규제를 거쳐야 하므로, 국내 투자에 비해 저희 회사에도 외국인 인력이 점점 늘고 있고, 해외 펀드 접근도 조금씩 나아지고 있습니다. 하지만 우리나라 벤처 투자 환경은 여전히 해외 자금 유치에 불리한 측면이 많습니다. 구체적으로 살펴보면, 일부 업종은 외국인 지분 보유 한도가 제한되어 있고 관련 기관의 사전 승인 절차를 거쳐야 합니다. 또한, 투자금 송금이나 배당금, 매각 대금 회수 과정에서 외환거래법상 복잡한 보고 및 승인 절차로 인해 속도와 예측성이 떨어집니다. 해외 투자자의 경우 이중과세 문제와 복잡한 조세조약 적용으로 실질 수익률이 낮아질 수 있다는 점도 걸림돌입니다. 나아가 경영권 행사나 주주총회 의결권에서 불리한 제약이 존재하고, 상장 이후에도 대규모 지분 매각 시 금융당국 규제 등으로 자유로운 투자금 회수가 어려운 상황입니다. 이런 점에서 정책적 개선이 필요하지만, 다만 모든 제약이 부정적인 것만은 아닙니다. 예를 들어 핀란드는 개방적 투자 환경 덕분에 다국적 기업으로 빠르게 성장할 수 있지만, 결국 성공한 기업이 미국으로 넘어가 자국에는 남는 것이 없는 경우가 많습니다. 우리나라의 규제가 산업 생태계를 보호하는 장치로 작용할 수도 있다는 점에서, 이 문제는 단순히 장단을 가르기 어려운 복합적인 측면이 있습니다.
정일룡 정책적으로 보면, R&D에서 상용화로 전환할 때 흔히 관련 산업 생태계를 육성하는 방향을 고민하게 됩니다. 기업들이 참여할 수 있는 R&D 사업을 만들고, 투자 펀드를 조성하고, 창업 기회를 제공하는 등 다양한 정책을 추진합니다. 하지만 이런 정책들은 다양한 부작용(R&D 수탁만을 목적으로 사업을 수주하는 기업 등)을 막으려고 하는 법적, 규정 테두리 안에서 진행이 되다 보니, 분야 특성이 고려되지 않은 펀드 심사 규정, 매칭펀드 부담 가중, 지재권 소유, 실시권(License) 등 다양한 문제가 상존하고 있습니다. 이러한 이유로 대기업 뿐만 아니라 많은 국내 기업 들이 국가 R&D 사업 참여를 꺼려하거나 정부 펀드 투자를 받기에 어려움을 느끼는 경우가 많고, 특히 양자처럼 국내 생태계가 취약한 분야는 타 분야 대비 그 어려움이 크다는 의견이 많았습니다.따라서 정책 담당자들은 우선적으로 법과 규정의 테두리 안에서 어떻게 하면 관련 분야의 특성을 고려하여 생태계를 조성하고 육성할 수 있을 지에 대한 방향을 수립하려고 노력하고 있으며, 현장의 의견을 수렴하여 국내 상황과 그 분야의 특성에 맞는 제도를 개선하려고 노력하고 있습니다. 양자 분야의 경우에도 국내 많은 기업들이 양자컴퓨팅 분야 진입에 어려움을 겪는 고가의 해외 양자컴퓨팅 클라우드 서비스의 부담을 줄이고자 이를 지원하는 R&D 사업을 추진하거나, 양자팹과 같이 실질적으로 관련 소자를 만들 수 있는 인프라를 만드는 등의 정책 추진 방향은 이러한 양자기술과 국내의 상황을 고려하여 생태계를 구축하려는 정부의 노력의 일환으로 볼 수 있습니다. 이러한 노력들이 쌓이면 결국에는 글로벌 차원에서 양자기술을 연구하는 생태계가 우리나라에 구축이 될 것이고, 이는 국내 기업 양성 뿐만 아니라 해외 기업, 아울러 해외 투자까지 확대되는 방향을 나아갈 수 있을 것이라고 생각됩니다.
김재완 저는 캐나다의 사례가 무척 부럽습니다. 워털루대학에는 블랙베리 창업자이자 ‘캐나다의 스티브 잡스’라 불리는 마이크 라자리디스(Mike Lazaridis)가 있습니다. 블랙베리는 실패했지만 그는 여전히 특허와 자산을 기반으로 막대한 투자를 했고, 그 결과 페리미터 연구소(Perimeter Institute)와 워털루대학의 양자컴퓨팅연구소를 설립했습니다. 또 토론토대학 경영대학은 양자 산업을 지원하며 기업 창업을 돕고 있습니다. 연구자들은 사업 경험이 부족하니 경영대학이 조언과 지원을 해주는 것이지요. 이런 환경에서 자나두(Xanadu) 같은 기업들이 탄생했습니다. 또 하나는 인식의 문제입니다. 많은 분들이 양자를 도깨비 방망이처럼 이해하기 어렵다고 생각하거나, 일부 물리학자들이 여전히 “양자역학은 아무도 이해 못한다”는 오래된 말을 반복하는 경우가 있습니다. 하지만 실제 양자기술에 필요한 양자역학은 그렇게 난해하지 않습니다. 이런 오해를 극복하는 것이 앞으로 발전을 위해 꼭 필요하다고 생각합니다.
#6. 결론 및 제언
김재완 마지막으로 각 분야에서 우리나라 양자컴퓨팅 기술 발전과 산업화 과정에서 느끼는 문제점과 해결책을 말씀해 주시면 좋겠습니다. 방정호 교수님은 연구소와 대학을 거치며 학생들을 가르치시면서 겪는 어려움과 기대를, 한상욱 단장님은 출연연에서의 경험을, 이어서 윤지원 대표님과 정일룡 센터장님께서도 각각의 입장에서 말씀해 주시면 이 자리를 마무리하도록 하겠습니다.
방정호 간단히 세 가지를 말씀드리겠습니다. 먼저, 출연연과 대학에서 경험한 바에 따르면 연구 과제에서는 주도권과 주관 문제로 소모적 갈등이 자주 발생합니다. 물론 누군가는 주도해야 하지만, 가능하다면 모든 연구자가 함께 참여해 단일대오를 형성할 수 있는 상향식(bottom-up) 형태의 프로그램이 필요합니다. 둘째, 정책과 연구 현장에서 여전히 실험·이론, 소프트웨어·하드웨어처럼 구분이 뚜렷합니다. 그러나 지금은 이러한 경계를 넘는 융합이 필수적입니다. 문제 설정부터 하드웨어와 기존 기술의 접목까지 통합적으로 논의해야 하며, 프로젝트도 실험·이론·타 분야가 함께 성공을 위해 집중하는 형태가 되어야 합니다. 마지막으로, 양자기술에 과도한 기대와 과장된 비전이 퍼지는 점을 경계해야 합니다. 양자컴퓨터가 모든 문제를 고전컴퓨터보다 빨리 해결한다거나 혹은 모든 암호를 무력화할 수 있을 것이라는 식의 과학적으로 부정확한 주장보다는, 객관적 사실에 기반한 균형 잡힌 논의가 필요합니다.
한상욱 세 가지를 말씀드리고 싶습니다. 첫째, 우리나라가 선진국보다 기술이 뒤처졌다고만 볼 필요는 없습니다. ICT 강국인 만큼 전자계측 장비, 알고리듬, 반도체 공정 기반 QPU 제작 등에서 충분히 경쟁력을 가질 수 있습니다. 둘째, 국토가 좁은 것은 오히려 장점입니다. 산학연이 형식적으로만 협력하는 것이 아니라, 일상적으로 자주 만나 자연스럽게 아이디어를 교류할 수 있는 문화가 필요합니다. 정부가 추진하는 거점사업단도 이런 취지를 살려 더 활성화되었으면 합니다. 셋째, 우리 사회에 부족한 것은 도전하는 문화입니다. 연구자들은 참고 사례(reference case)가 없으면 불가능하다고 생각하고, 기업도 주로 가성비 경쟁에만 머물러 있습니다. 정책 결정 역시 미국이나 중국이 하는지를 먼저 따지며 보수적으로 흐르기 쉽습니다. 하지만 이제는 연구자와 기업이 선도자(first mover)로서 도전하고, 성공 사례를 만들면서 유니콘 기업이 등장해 도전 문화를 확산시키는 것이 중요합니다.
김재완 참고로 한국양자정보학회와 같은 학술 단체가 있는 사례가 아마 세계적으로도 드물 것입니다. 양자컴퓨터 연구는 원래 물리학회, 특히 원자·분자·광자(AMO) 분야에서 시작되었지만, 워낙 다학제적(multidisciplinary)이어서 물리·수학·화학·컴퓨터 연구자들이 따로따로 활동하면 협력이 어렵습니다. 이를 극복하기 위해 한국양자정보학회를 만들어 다양한 분야 연구자들이 함께할 수 있는 장을 마련했습니다. 또 한 가지, 양자컴퓨터를 만드는 IonQ 같은 회사에 가보면 연구자의 95%가 물리학자가 아닙니다. 핵심 아이디어는 양자물리학에서 나왔지만, 이를 현실화하는 힘은 엔지니어링에 있습니다. 물리학자 혼자서는 불가능해도 엔지니어들은 가능성을 현실로 만들 수 있습니다. 결국 다양한 배경의 사람들이 모여 협력하는 것이 중요합니다. 이런 맥락에서 기업을 운영하시는 윤지원 대표님께서는 마지막으로 우리에게 무엇이 필요한지 말씀해 주시면 좋겠습니다.
윤지원 과학기술을 국가적으로 육성할 때는 균형 있고 촘촘한 전략이 중요합니다. 산업계에서 보면 ‘소버린(sovereign)’8)이라는 단어가 자주 쓰이지만, 사실 미국조차 모든 기술을 자국 내에서 만들지는 못합니다. 결국 우리가 피해야 할 싸움과 승부를 걸 지점을 잘 골라야 하고, 한국이 잘해온 분야를 양자에서도 이어가는 것이 중요합니다. 기업 관점에서는 창업 숫자에 집착하기보다 나온 몇 개의 기업을 어떻게 성장시킬지 고민하는 게 현실적입니다. 인력이 100명도 안 되는데 기업을 100개 만들겠다는 목표는 비현실적입니다. 두세개의 기업이 우연히라도 탄생했다면 그것을 집중적으로 키우는 것이 훨씬 효과적입니다. 인재 양성도 마찬가지입니다. 국가가 ‘양자 인재를 대량 육성하겠다’는 식으로 접근하면 오히려 낭인만 양산할 수 있습니다. 실제로 소프트웨어나 AI에서도 그런 현상이 있었습니다. 지금 필요한 것은 많은 수의 평균적인 인재가 아니라, 압도적인 역량을 가진 소수의 인재입니다. 양자 분야도 결국 비슷한 흐름을 따를 것이므로, 국가가 집중해야 할 부분은 기초 학문을 잘하는 물리·수학 인재를 꾸준히 길러내는 데 있다고 생각합니다.
8) '자주적인', '주권이 있는' 이라는 의미로 자국의 정책이나 자원에 대한 독립적인 통제권을 의미
김재완 정부는 서울, 대전, 영남 지역 등에 양자대학원을 설립해 인재 양성에 나섰습니다. 중국이나 미국처럼 인력이 많이 필요하다는 판단 때문입니다. 그러나 사실 양자 기술 발전에 필요한 인재는 이미 상당 부분 존재합니다. 예를 들어 전자 산업에 종사하는 인력은 전환 교육만 받으면 충분히 이 분야의 훌륭한 인재가 될 수 있습니다. 따라서 신규 인력 양성뿐 아니라 기존 인력의 전환 활용도 중요합니다. 다만 양자 기술이 잘못 알려지거나 제대로 홍보되지 않아 사람들이 그 기회를 인식하지 못하는 점은 아쉽습니다. 정책적 측면에서 이에 대한 통찰을 나눠주시면 감사하겠습니다.
정일룡 저는 양자 분야가 아닌 컴퓨터 비전을 전공해서 제 전공과 관련된 국내·외 컴퓨터 사이언스 관련 학회를 다니면서 타 분야에서 양자 분야를 어떻게 바라보는 지 유심히 살펴보는데 국내·외 상황이 많이 다르다고 느꼈습니다. 국내 인공지능이나 컴퓨터 공학을 전공하시는 분들은 상대적으로 양자컴퓨터에 대한 관심이 적다고 느끼는 반면, IEEE Quantum Week 같은 미국의 컴퓨터 소사어티 주도의 학회에 가보면 수많은 컴퓨터 공학, AI 연구자들이 양자에 큰 관심을 보이는 것을 볼 수 있었습니다. 이는 IBM, 구글, 아마존, 마이크로소프트, 엔비디아 같은 글로벌 ICT 기업들이 양자분야에 적극적으로 나서고 있는 것과 달리 국내 ICT 주요 기업들은 관심이 떨어지는 경향과 크게 다르지 않은 것 같습니다. 이는 국내에서 기업이나 타 분야 연구자들이 아직 양자 분야로 넘어올 동인이 부족한 것이 큰 이유인 것 같습니다. 미국의 소위 빅테크 기업들은 단기적으로 적자를 감수하더라도, 미래 관련 시장을 선점하고 주도하였을 때의 다가올 이익이 매우 크다고 판단하고 투자하지만, 국내 기업들은 관련 기술의 매출이나 이익이 발생하기에는 많은 시간이 걸린다고 판단하기 때문에 상대적으로 거리를 두는 것 같습니다. 이처럼 ICT 강국인 우리나라의 훌륭한 글로벌 기업 역량과 관련 인프라, 기술, 인력풀이 양자분야로 유입되어 양자컴퓨팅 분야를 선도하기에 아주 좋은 조건을 가졌지만 관심도가 떨어지는 상황이 매우 아쉽습니다. 아울러 이러한 상황은 국제협력, 글로벌 공급망 측면에도 유사하게 나타나고 있습니다. 상대적으로 미국 등 주요국 대비 양자컴퓨팅 분야에 관심도가 떨어지다 보니 국내 양자컴퓨팅 관련 기업이 매우 적고 글로벌 공급망 관점에서 양자 컴퓨팅 분야에 우리나라의 강점을 내세울 부분이 부족합니다. 반도체, 디스플레이 분야 등 ICT 분야에서 선도하던 국내의 차별적 역량을 양자컴퓨팅 분야에서도 발굴해야 국제적인 협상력이 생기고, 양자 경제에서 주도권 확보가 가능할 것입니다.
김재완 우리 대기업이 이 분야에 관심을 기울인다면 단순히 투자뿐 아니라 냉정한 시각으로 비판적 성장을 이끌 수 있을 것입니다. 또 토론토대학 경영학과 사례도 말씀드렸지만 우리나라 경영계에서도 맥킨지처럼 깊이 분석하고 조언한다면 양자 산업이 건강하게 성장하는 데 큰 도움이 될 것이라 생각합니다. 연구자들은 더 많은 참여를 바라지만, 비판적 시각 역시 함께해야 발전이 가능합니다. 오늘 KDI에서 이런 자리를 마련해 주신 것도 의미가 크며, 이 계기가 앞으로 좋은 출발점이 되길 바랍니다. 감사합니다.
* 전문가 좌담회의 내용은 참석자 개인의 의견으로, KDI 및 각 참석자 소속기관의 공식 견해를 대변하는 것은 아닙니다. 본 내용을 보도하거나 인용할 경우에는 참석자명을 반드시 표기하여 주시기 바랍니다.
♦ 참고: 전문가 약력 ♦
김재완 (좌장)
• (前) 고등과학원 양자우주연구센터 석학교수
• (前) 연세대학교 양자정보기술연구원 원장, 물리학과 특임교수
• (前) 국제학술대회 AQIS 운영위원장 (2019-2025)
• (2025.9~) 한국표준과학연구원 국가특임연구원
“초연결 확장형 슈퍼양자컴퓨팅”글로벌TOP전략연구단 단장
• 미래양자융합포럼 학계 공동의장
• 한국양자정보학회 초대회장
• 양자전략위원회 민간위원, 前국가과학기술자문회의 양자특위 공동의장
방정호
• 연세대 융합과학기술원 부교수
• 연세대 양자사업단 양자컴퓨팅센터장
• 한국양자정보학회 상임이사(대외협력분야)
• (前) 한국전자통신연구원 선임연구원/양자컴퓨팅연구실장(2021~2024)
• (前) 고등과학원 계산과학부 연구원(2017~2021)
윤지원
• SDT 주식회사 대표
• (前) KIST 양자정보연구단 연구원
• (前) MIT-Harvard Center for Ultracold Atoms (CUA) 연구원
• MIT 물리학/전자공학 학·석사 졸업
정일룡
• 한국표준과학연구원(KRISS) 국가양자정책센터장 / 책임연구원
• 국가과학기술자문회의 성과평가전문위원회 위원
• 양자전략위원회 실무위원회 위원
• 대한민국 양자과학기술 전략 집필진 등 주요 양자분야 정책·전략 참여
한상욱
• 한국과학기술연구원(KIST) 양자기술활용연구거점 사업단장
• 한국양자정보학회 회장
• 양자전략위원회 민간위원
• 국가과학기술자문회의 양자반도체 전문위원회 위원
미래를 여는 열쇠, 양자기술: 양자 컴퓨팅
「e경제정보리뷰」 2025-3호 좌담은 ‘양자 컴퓨팅’을 주제로 진행되었다. 김재완 전 고등과학원 석학교수(좌장)를 비롯해, 연세대학교 방정호 교수, KIST 한상욱 단장, SDT 윤지원 대표, KRISS 정일룡 센터장이 참여했다.
KDI 경제교육·정보센터 교육콘텐츠2팀
♦ 장소: 비즈허브 서울센터
♦ 참석자
김재완 고등과학원 양자우주연구센터 석학교수(좌장)
방정호 연세대학교 융합과학기술원 부교수
윤지원 SDT 주식회사 대표
정일룡 한국표준과학연구원(KRISS) 국가양자정책센터 센터장
한상욱 한국과학기술연구원(KIST) 양자기술활용연구거점 사업단장 구분선
#1. 개념 및 등장배경
김재완 오늘 좌담회는 양자컴퓨팅을 중심으로 어떤 기술이 있는지, 또 산업적·사회적으로 어떤 이슈들이 있는지 함께 점검해 보고자 마련된 자리입니다. 특히 올해는 국제연합(UN)이‘세계 양자 과학 및 기술의 해(International Year of Quantum Science and Technology, IYQ)’로 지정해 의미가 큰 해입니다. 이는 1925년 하이젠베르크(Werner K. Heisenberg)가 지금과 같은 형태로 양자 이론을 정립하기 시작한 지 꼭 100년이 되는 해이기 때문입니다. 지난 100년 동안 다양한 양자 기술이 발전해 왔고, 이제 앞으로의 100년, 즉 제2차 양자혁명이 어떤 성과와 가능성을 보여줄지 큰 기대가 모아지고 있습니다. 우선 양자컴퓨팅이란 무엇인지, 어떤 특성을 갖고 있는지, 그리고 어떤 과정을 거쳐 지금의 개념으로 자리 잡게 되었는지 말씀 부탁드리겠습니다.
김재완 오늘 좌담회는 양자컴퓨팅을 중심으로 어떤 기술이 있는지, 또 산업적·사회적으로 어떤 이슈들이 있는지 함께 점검해 보고자 마련된 자리입니다. 특히 올해는 국제연합(UN)이‘세계 양자 과학 및 기술의 해(International Year of Quantum Science and Technology, IYQ)’로 지정해 의미가 큰 해입니다. 이는 1925년 하이젠베르크(Werner K. Heisenberg)가 지금과 같은 형태로 양자 이론을 정립하기 시작한 지 꼭 100년이 되는 해이기 때문입니다. 지난 100년 동안 다양한 양자 기술이 발전해 왔고, 이제 앞으로의 100년, 즉 제2차 양자혁명이 어떤 성과와 가능성을 보여줄지 큰 기대가 모아지고 있습니다. 우선 양자컴퓨팅이란 무엇인지, 어떤 특성을 갖고 있는지, 그리고 어떤 과정을 거쳐 지금의 개념으로 자리 잡게 되었는지 말씀 부탁드리겠습니다.
<그림> 세계 양자 과학 및 기술의 해(IYQ) 선포식(2025.2.4.~2.5.)
출처: UNESCO(2025)
방정호 양자컴퓨터의 시작은 아마 다 알고 계시겠지만 제일 먼저 언급한 사람은 리처드 파인만(Richard Feynman) 교수입니다. 그런데 사실 거의 같은 시기에 폴 베니오프(Paul Benioff)라는 학자도 양자컴퓨팅의 개념과 필요성에 대해 이야기했습니다. 당시에는 ‘양자컴퓨터’라는 용어를 쓰지는 않았지만, 복잡한 물리계를 실제 양자 시스템으로 시뮬레이션할 수 있을 것이라는 아이디어가 제시된 겁니다. 그 뒤에 데이비드 도이치(David Deutsch) 교수가 양자 튜링머신(Quantum Turing machine, QTM)1) 개념을 정립하면서 양자컴퓨터는 단순한 상상이 아니라 물리적으로 구현 가능한 대상으로 자리 잡게 되었습니다. 이후 쇼어 알고리듬(Shor's algorithm)2) 같은 구체적인 성과들이 나오면서 양자컴퓨팅 연구가 본격화되었죠. 여기서 중요한 점은, 양자컴퓨팅이 단순히 기존 컴퓨터의 고도화가 아니라는 겁니다. 양자컴퓨팅은 정보처리 및 가공의 기반이론이 기존의 전자기학 및 반도체이론에서 양자이론으로 완전히 전환된 것입니다. 따라서 정보의 개념이나 이를 다루는 방식 자체가 근본적으로 달라집니다. 즉, 기존 컴퓨터의 성능을 개선하거나 병렬컴퓨터를 더 발전시킨 형태가 아니라, 완전히 새로운 패러다임의 컴퓨팅이라고 할 수 있습니다.
1) 1985년 영국 물리학자 데이비드 도이치가 튜링 기계 개념에 양자이론을 적용한 ‘범용 양자 컴퓨터’에 관한 논문을 발표(중소기업기술정보진흥원, 2022)
2) 1994년 미국의 MIT 응용수학과 교수 피터 쇼어는 기존 알고리듬보다 소인수 분해를 훨씬 더 빠르게 처리할 수 있는 새로운 알고리듬을 제안(중소기업기술정보진흥원, 2022)
한상욱 사실 많은 분들이 양자컴퓨터라는 이름 때문에 오해를 하곤 합니다. ‘컴퓨터’라는 단어가 붙어 있으니 우리가 쓰는 일반 컴퓨터처럼 가감승제를 빠르게 해줄 것이라 기대하지만, 실제로는 그런 계산에 오히려 매우 서툽니다. 양자컴퓨터가 잘하는 것은 전혀 다른 종류의 연산입니다. 또 한 가지는 외형에 대한 오해입니다. 양자컴퓨터라고 하면 책상 위에 있는 PC 같은 모습을 떠올리지만, 실제 하드웨어 장치를 보면 전혀 다릅니다. 그래서 일반인 입장에서는 개념을 쉽게 받아들이기가 어렵습니다. 그리고 중요한 점은, 고전 컴퓨터로 풀 수 없는 문제라 해서 모두 양자컴퓨터가 해결할 수 있는 건 아니라는 겁니다. 다만 문제 자체가 양자컴퓨터에 적합한 형태라면, 그때는 압도적으로 뛰어난 성능을 발휘합니다. 그렇기 때문에 현재의 양자컴퓨터는 범용적인 계산기를 대체하는 것이 아니라, 특정한 문제를 풀기 위해 특화된 목적형 컴퓨터로 보는 것이 더 정확할 것입니다.
정일룡 저는 고전컴퓨터를 기반으로 하는 컴퓨터비전을 전공했기 때문에 처음에는 양자컴퓨터를 ‘슈퍼컴퓨터를 뛰어넘는 만능 컴퓨터’ 정도로 생각했습니다. 그런데 실제로 양자 관련 연구를 접하고, 또 양자 클라우드에서 알고리듬을 돌려보니 전혀 달랐습니다. 이건 모든 걸 다 잘하는 컴퓨터가 아니라, 특화된 문제를 아주 잘 풀어내는 컴퓨터였습니다. 차이점을 좀 더 살펴 보자면, 고전컴퓨터는 일반적으로 하나의 입력에 대한 하나의 결과값이 출력됩니다. 반면, 양자컴퓨터는 양자컴퓨터의 기본단위인 큐비트에 다양한 상태가 중첩되어 있고 이를 활용하여 연산이 가능하며, 관측되는 순간 하나의 상태로 결정되는 확률적·비결정론적 성격을 갖고 있어, 고전 컴퓨터와 큰 차이가 있습니다. 저 역시 처음엔 그런 차이가 낯설었고 직접 경험해 보면서 고전컴퓨터에 익숙한 사람들이 양자컴퓨터를 처음 접했을 때의 흔히 갖는 오해와 같은 과정을 겪었습니다. 관심이 있으시다면 누구나 양자컴퓨터 클라우드에 접속 가능한 환경이 제공되고 있으니 간단한 연산을 직접 접해 본다면 비슷한 인상을 받을 것이라 생각합니다.
[표] 기존 컴퓨터와 양자컴퓨터의 기본 개념 비교
출처: 삼일PwC 경영연구원(2025)
윤지원 저는 사업하는 사람이니까 산업적 관점에서 말씀드리자면, 양자컴퓨터도 결국 제조업의 산물입니다. 크게 세 부분으로 구성되는데, 먼저 CPU(Central Processing Unit, 중앙 처리 장치)나 GPU(Graphic Processing Unit, 그래픽 처리 장치)에 해당하는 QPU(Quantum Processing Unit, 양자 처리 장치), 진공이나 극저온 환경을 만드는 장비, 그리고 제어·계측 장비가 있습니다. 현재는 수십~수백 개의 큐비트 규모라 크기가 방 하나를 채울 정도이지만, 실제로 쓸모가 있으려면 약 100만개의 큐비트가 필요합니다. 이때는 일부 연구자들이 말하듯 축구장 규모의 컴퓨터가 될 수도 있을 것입니다. 따라서 초대형 AI·HPC(High Performance Computing, 고성능 컴퓨팅) 센터 같은 하이퍼스케일러(hyperscaler, 대형 클라우드 서비스 공급업체)의 사업 영역에 들어가게 됩니다. 제조업 관점에서 보면, QPU는 여전히 과학적으로 규명되지 않은 부분이 많아 연구와 개발이 병행되어야 합니다. 비용도 수조 원에서 수십조 원에 달할 것으로 예상됩니다. 반면 환경 장비나 제어 장비는 이미 고전 물리, 전자공학, 컴퓨터공학의 기반 위에 있기 때문에, 앞으로는 QPU의 성능에 맞춰 점진적으로 확장될 수 있을 것입니다.
#2. 기술·산업 현황
김재완 디지털 컴퓨터가 실리콘 기술로 방향이 정해진 것과 달리, 양자컴퓨터는 아직 초전도체, 이온 트랩, 중성 원자, 다이아몬드 NV, 광자 등 다양한 플랫폼이 춘추전국시대처럼 병행되고 있습니다. 오늘은 이 중에서도 주요 기술이 세계적으로 어느 수준에 와 있는지, 어떻게 발전하고 있는지 말씀해 주시길 바랍니다.
한상욱 기술 개발 현황을 말씀드리기 전에 큰 틀에서 정리해 보겠습니다. 양자컴퓨팅 연구는 두 가지 방향으로 진행됩니다. 하나는 양자컴퓨터 자체의 성능을 높이는 연구이고, 다른 하나는 실제 활용처를 찾는 응용 연구입니다. 연구자들은 전자를 더 중요하게 볼 수 있지만, 저는 응용 분야 역시 그에 못지않게 중요하다고 생각합니다. 하드웨어와 소프트웨어 고도화는 구글, IBM 같은 빅테크 기업들이 주도하고 있습니다. 반면 금융, 자동차, 소재, 제약 등 산업 현장의 기업들은 양자컴퓨터를 활용해 자사 경쟁력을 높이려는 응용 연구에 힘쓰고 있습니다. 응용 연구 성과는 일반인에게도 체감될 수 있다는 점에서 매우 중요합니다. 하드웨어 측면을 보자면, 현재 인정받는 큐비트 기술은 여섯 가지입니다. 초전도, 이온트랩, 중성원자, 광자, 다이아몬드 NV센터, 퀀텀닷 방식입니다. 각각 장단점이 뚜렷해 아직 단일한 표준으로 수렴하지 않았습니다. 예를 들어 어떤 기술은 대규모 확장에 유리하고, 어떤 기술은 오류율이 낮거나 제어 장치 구현이 수월합니다. 과거에는 100만 개 이상의 큐비트가 있어야 의미가 있다고 봤지만, 최근 알고리듬 발전 덕분에 1만~10만 개 규모에서도 활용 가능성이 커지고 있습니다. 그럼에도 불구하고 더 많은 큐비트를 확보하고 오류를 줄이는 경쟁은 계속되고 있습니다. 현재 상업적으로 가장 앞서가는 플랫폼은 초전도, 이온트랩, 중성원자, 광자 네 가지이며 특히 IBM이 1,000개 수준의 초전도 큐비트를 발표하면서 가장 발전된 기술로 평가받고 있습니다.
[표] 주요 큐비트 구현 방법 비교
출처: 소프트웨어정책연구소(2025) 및 정보통신산업진흥원(2025)
출처: 소프트웨어정책연구소(2025) 및 정보통신산업진흥원(2025)
김재완 말씀하신 여섯 가지 플랫폼 외에도, 사실 최초로 양자컴퓨터를 이용해 소인수분해를 시도했던 사례가 있습니다. 2001년 IBM에서 핵자기공명(Nuclear Magnetic Resonance, NMR) 장치를 활용해 구현한 것이었는데, 이는 실험실에서 과학 분석에 흔히 쓰이는 기술입니다. 그러나 큐비트 수를 늘리기 어려워 10개 정도에 머물렀고, 결국 주류 기술로 이어지지 못했습니다. 다만 다른 용도로 활용될 가능성은 남아 있습니다. 이어서 국제적인 현황과 우리나라의 상황에 대해 말씀해 주시면 좋겠습니다.
윤지원 사업을 하다 보면 과학이나 철학적 이상보다 결국 돈의 흐름이 세상을 움직인다는 사실을 절감합니다. 양자 분야도 마찬가지입니다. 전자공학이나 컴퓨터공학의 발전 역시 이론적으로 가장 우수한 기술이 이어진 것이 아니라, 투자받을 준비가 된 플랫폼이 선택을 받고 자본의 힘으로 난제를 극복하며 성장해 왔습니다. 저는 그래서 ‘어떤 큐비트가 과학적으로 가장 뛰어난가’보다 ‘돈이 어디로 흐를 것인가’를 기준으로 평가하는 것이 중요하다고 봅니다. 투자자들이 양자컴퓨터를 볼 때 주로 다섯 가지를 평가합니다. 첫째는 큐비트 수, 둘째는 신뢰도(Fidelity), 셋째는 오류 보정(Quantum Error Correction) 가능성, 넷째는 모듈화를 통한 네트워크 구성 여부. 다섯째는 양산성입니다. 현재 주요 플랫폼들은 이 기준을 따르고 있으며, 막대한 비용 문제로 결국 3~5년 내 두세 개, 10년 후에는 한두 개로 수렴할 가능성이 큽니다. 양자 연구는 오래됐지만 본격적으로 자금이 몰리기 시작한 것은 불과 5년 전입니다. 초기에는 성과 부족으로 투자 철회 우려도 있었지만, 지난해 두 가지 전환점이 있었습니다. 첫째, 2020년 이후 큐비트 수가 매년 2배씩 늘며 ‘돈을 쓰면 성과가 나온다’는 확신을 준 점. 둘째, 구글과 큐에라(QuEra)가 오류 보정이 가능한 로지컬 큐비트(Logical Qubit)3)를 시연해 단순히 숫자만 늘리는 것이 아니라 품질도 개선되고 있음을 보여준 점입니다. IBM이 이미 1,000개 수준을 공개한 상황에서, 매년 2배씩 증가한다면 10년 내 100만 개 달성이 가능합니다. 이는 장기 펀드나 국가 펀드 입장에서는 충분히 투자 가치가 있는 시나리오입니다. 따라서 앞으로 10년간은 자본이 꾸준히 투입될 것으로 보이며, 그 과정에서 나오는 성과가 산업 전반의 판도를 좌우하게 될 것입니다.
3) 큐비트는 물리(Physical) 큐비트와 논리(Logical) 큐비트로 구분되며 ‘물리 큐비트’는 양자적 특성을 가진 입자를 활용해 양자 상태를 표현하는 기본 단위를 의미하고‘논리 큐비트’는 실질적인 연산에 활용할 수 있는 물리 큐비트의 조합으로 물리 큐비트와 보조 큐비트로 구성되어 오류 발생률을 낮춤으로써 안정적인 양자 연산이 가능(소프트웨어정책연구소, 2025)
김재완 두 분께서 양자컴퓨터 하드웨어 개발에 대해 말씀해 주셨는데, 사실 어떤 기술이든 초기에는 만드는 사람들이 가치를 창출하지만, 성숙 단계에 이르면 활용하는 쪽에서 더 큰 가치가 나옵니다. 연세대학교는 이미 127큐비트 규모의 IBM 퀀텀 시스템 원(IBM Quantum System One)을 도입했고, 방정호 교수님께서 이를 어떻게 활용할 수 있을지 다양한 연구를 진행하고 계십니다. 이 부분에 대해 말씀해 주시면 좋겠습니다.
<사진> 연세대학교가 도입한 양자컴퓨터 'IBM 퀀텀 시스템 원'
출처: 연세대학교(2024)
출처: 연세대학교(2024)
방정호 두 분 말씀에 공감하며 저는 양자컴퓨터 활용 측면에서 말씀드리겠습니다. 초기 연구는 주로 새로운 양자 알고리듬을 개발해 기존 컴퓨터보다 얼마나 빠른지 이론적으로 증명하는 데 집중했습니다. 이론과 실험은 별개 영역이었고, ‘백만 큐비트’ 같은 표현도 그런 맥락에서 나온 것입니다. 하지만 연구가 벽에 부딪히자 새로운 흐름이 등장했습니다. 종이 위의 계산이 아니라 실제 문제를 설정하고 실험으로 입증하자는 철학, 즉 NISQ(Noisy Intermediate-Scale Quantum, 오류 포함 중간규모 양자컴퓨터) 단계였습니다. 수백 개 이하의 큐비트로도 유용한 결과를 보여주자는 것이었죠. 대표적 사례가 구글의 양자 우월성(Quantum Supremacy)4) 실험입니다. 그 이후 양자컴퓨팅 및 양자머신러닝 등의 활용연구가 본격화되고 있습니다. 여기서 말하는 ‘활용’은 난항이 있는 이슈에 양자컴퓨터를 곧바로 적용해 즉각적인 해법을 얻는다는 것만 뜻하지는 않습니다. 그보다는 오히려, 현 수준의 하드웨어가 허용하는 범위 안에서 실질적 이득이 있는 응용사례를 발굴하고 축적해, 기존의 슈퍼컴퓨팅 및 고성능 AI 기반 연구개발 방법론을 고도화하고 내재화하는데 초점을 맞추자는 것입니다. 실제로 신약개발과 금융 등 여러 산업에서 대기업들이 기존 연구개발 플랫폼을 양자기술로 어떻게 확장할지 전략적으로 모색하고 있습니다. 양자컴퓨팅은 이제 실험적 검증을 넘어 기술의 내재화와 산업화로 이어져야 합니다. 머지않아 분명히 특정기업이 양자기술로 가시적 성과를 내고, 뒤이어 다른 기업들이 추격하는 국면이 올 것입니다. 이에, 지금 우리는 향후 산업 경쟁력을 좌우할 수 있는 중요한 변곡점 위에 있습니다.
4) 양자 컴퓨터의 연산 능력이 월등히 뛰어나 그 어떤 고전 컴퓨터로도 동등한 수준의 연산을 수행할 수 없는 경우를 의미(한국양자정보학회)
#3. 정책 동향
김재완 작년부터는 양자컴퓨터가 ‘정말 가능할까?’라는 질문에서 ‘언제 가능할까?’로 논의가 바뀌는 전환점이 있었습니다. 과거에는 늘 10년 후라는 막연한 답뿐이었지만 이제는 구체적인 로드맵이 잡히고 있습니다. 대표적인 사례로, 구글은 우주 나이의 1,000조 배가 걸릴 문제를 단번에 해결하며 오류 보정(Error Correction) 가능성을 실증했고, IBM은 16큐비트 양자컴퓨터를 활용해 췌장암 관련 단백질 억제제를 타깃으로 삼아 연구하는 데 성공했습니다. 물론 기존 컴퓨터로도 가능한 작업이지만, 양자컴퓨터의 잠재력을 보여준 중요한 성과였습니다. 이처럼 분명한 지표들이 나타나고 있는 상황에서, 우리나라가 정책적으로 어떻게 이를 뒷받침할 수 있을지에 대해 말씀을 청해 듣고자 합니다.
정일룡 양자분야의 글로벌 정책 동향을 살펴보면, 미국이 국가 양자 이니셔티브 법(National Quantum Initiative Act, NQI)을 제정하는 등 세계 각국은 양자기술의 효용성과 위험성을 동시에 인식하고, 국가 전략기술이자 핵심 안보 기술로 양자 기술 선점을 위하여 국가 차원의 전략 수립과 대단위 투자를 확대하고 있습니다. 효용성 측면에서는 신약, 화학, 금융, 물류, 제조업 등 최적화 문제에서 산업적 파급력이 클 것으로 평가되면서 차세대 산업혁명을 일으킬 핵심 기술로 평가되었고, 위험성 측면에서는 양자컴퓨터가 RSA 암호체계5)를 무력화할 수 있다는 우려가 있는 등 안보 측면에서도 대변혁을 일으킬 것으로 예측되었습니다. 우리나라 정부도 양자기술의 경제적, 안보적 중요성을 인식하고, 양자기술에 대한 국가적 전략을 수립하고, 집중적인 투자를 진행하고 있습니다. 2021년 투자 전략을 마련했고, 2023년 대한민국 양자과학기술 전략을 선포했으며, 양자기술산업법이 제정되었고, 2024년에는 AI·첨단바이오와 함께 양자를 3대 전략기술로 선정했습니다. 예산은 2019년 106억 원 수준에서 2025년 약 1,980억 원 수준으로 늘어나는 등 아직은 세계 주요국 대비 투자 규모가 열세6)이지만 지속적으로 투자를 확대하고 있습니다. 투자 흐름을 보면 글로벌 시장도 2020년 이후 급성장하다 2023년에 잠시 주춤했지만, 양자컴퓨팅 분야의 성과 등이 나오면서 2024년 투자액이 전년 대비 거의 두 배가 증가하였습니다. 이는 양자 분야가 첫 번째 위기를 넘어섰음을 보여줍니다. 국내에서도 올해 말부터 6,500억 원 규모의 양자 플래그십 프로젝트가 시작될 예정이므로 국내 양자 투자환경도 대폭 개선될 가능성이 크다고 보여집니다. 플래그십 프로젝트로 진행될 초전도, 중성원자 플랫폼 외에도 다양한 플랫폼의 하드웨어 뿐만 아니라 소프트웨어, 특히 AI와 연계한 활용 연구에도 한층 더 무게가 실릴 것으로 보입니다.
5) RSA 암호는 리베스트-샤미르-애들먼(Rivest-Shamir-Adleman)의 약자로, 두 개의 매우 큰 소수를 곱하여 생성한 합성수를 분해하는 것이 매우 어렵다는 수학적 원리를 이용하는 비대칭 암호화 기술
6) 일본의 경우, 2024년 양자분야에 천억엔(약 1조 원) 투자, 우리나라는 2024년 1,285억 원 투자
김재완 그 부분은 조금 뒤에 다시 여쭙겠습니다. 2019년만 해도 우리나라의 투자 규모는 경제·과학기술 수준에 비해 매우 초라했습니다. 싱가포르나 대만보다도 적은 수준이었지요. 하지만 불과 몇 년 사이에 투자가 급격히 확대되며 상황이 크게 달라졌습니다. 다만 정부, 연구소, 대학의 노력이 아무리 크더라도 이를 흡수하고 활용할 기업이 없다면 결국 다른 나라 산업만 돕게 될 수 있다는 점에서 연구자들의 우려도 여전히 존재합니다.
한상욱 정책과 관련해 한 말씀 더 드리자면, 정일룡 센터장님께서 말씀하신 것처럼 투자 규모가 빠르게 늘고 있지만 절대액은 아직 크지 않습니다. AI 반도체나 첨단바이오는 연간 1~2조 원이 투입되지만, 양자는 2,000억 원 수준에 불과합니다. 다만 오히려 이것이 긍정적이었던 이유는, 양자처럼 이해하기 어려운 분야에 급격한 투자가 이루어지면 왜곡과 부작용이 생길 수 있기 때문입니다. 실제로 연구자들도 점진적 확대를 선호했고, 정부가 이를 반영해 초기에는 인력 양성, 원천기술, 인프라 중심으로 투자가 이루어졌습니다. 그 결과 지금까지는 안정적으로 잘 진행됐다고 생각합니다. 하지만 이제는 변곡점에 와 있습니다. 산업계가 직접 참여하고 기업이 투자할 수 있도록 정책 방향을 바꿀 시점입니다. 기업은 수익을 보고 움직이기 때문에, 정부가 수요자 역할을 하거나 간접 지원을 통해 투자를 유도해야 합니다. 지금까지의 기조를 유지하는 대신, 이제는 활용과 산업화 중심으로 투자의 무게를 옮겨야 할 때라고 봅니다.
김재완 덧붙이자면, 2021년 미국 상무부가 중국 관련 양자기술 업체 약 27곳을 제재했는데, 이 중 21곳이 중국 기업이었고 일본·싱가포르·홍콩 기업도 일부 포함되었습니다. 이후 서방 12개국과 우리나라가 연합해 대응했으며, 산업적 측면에서는 중국과 명확히 경계가 그어져 중국 기업과 협력하면 서방 제재를 받을 수 있는 구조가 되었습니다. 다만 학문적 교류는 여전히 활발합니다. 아시아양자정보과학기술학술대회(Asian Quantum Information Science Conference, AQIS)만 해도 중국 연구자가 30~40% 참여하고 있습니다. 그래서 국제 학술교류는 이어지지만, 산업과 외교적 이해관계가 얽히면서 행사나 회의를 기획할 때 중국을 초대해야 할지 여부가 늘 어려운 문제로 남아 있습니다. 이 점에 대해 어떻게 보시는지 말씀 부탁드립니다.
정일룡 수출 통제는 점점 더 강화되고 있습니다. 미국은 美 상무부의 수출관리 규정을 통해서 양자 알고리듬, 양자컴퓨터용 극저온 CMOS 등 관련 품목 통제뿐 아니라 특정 기업, 기관 등에 수출 금지, 거래 제한 조치까지 확대했고, 영국을 비롯한 주요 서방 국가들도 양자 컴퓨터 등 관련 품목에 수출 통제를 강화하고 있습니다. EU는 양자과학기술 등 민감 핵심기술에 대한 외국인 투자 검토를 강화하고 영국은 양자과학기술 등 국가 안보에 위협이 되는 분야에 대하여 외국인이 인수를 추진할 경우 신고, 심사 체계를 수립하는 등 양자기술에 대한 투자도 정부 허가를 받아야 하는 방향으로 규제가 강화되는 추세입니다. 사실상 안보 핵심기술로 타국의 투자를 제한하겠다는 의미입니다. 이는 양자 분야가 국가 안보와 밀접하게 연관되어 있기 때문입니다. 이러한 국제 정세는 양자분야의 국제협력 상황에도 반영되고 있습니다. 미국은 양자분야의 협력을 미국을 중심으로 한 유사입장(like-minded nation) 국가들 중심의 협력 체계를 구축하여 국제협력을 진행하고 있으며, 점차 글로벌 기술 패권 경쟁이 가속화 되고 있는 상황입니다.
#4. 사회적·산업적 파급효과
김재완 양자기술의 가능성에 주목하면서도 국가별 대응은 크게 다른 모습입니다. 여러 나라가 큰 기대를 걸고 있는데, 실제로 이 기술이 현실화된다면 사회와 산업에 어떤 영향을 미칠지 궁금합니다. 방정호 교수님께서 이 부분을 많이 고민하셨을 것 같아 말씀을 부탁드립니다. 또 교수님은 AI와 머신러닝 연구도 함께 하시는데, 작년 노벨상 수상 사례가 흥미롭습니다. 물리학상은 ‘Science for AI’, 즉 AI를 만들기 위한 물리학이었고, 화학상은 ‘AI for Science’, 즉 과학 연구에 AI를 활용한 사례였습니다. 양자 분야 역시 ‘Quantum for AI’와 ‘AI for Quantum’7) 두 방향이 동시에 논의되고 있습니다. 이러한 관점에서 교수님의 의견을 듣고 싶습니다.
7) ‘AI for Quantum and Quantum for AI’는 양자컴퓨팅과 AI의 상호보완적인 관계를 표현하는 문구로, 2013년 Google Quantum AI Lab의 설립으로 점차 사용되기 시작하여 현재 두 기술의 융합을 표현하는 용어로 사용(소프트웨어정책연구소, 2025)
방정호 사회적 파급 효과는 굳이 강조하지 않아도 분명합니다. 연구자들이 꿈꾸는 최종 단계의 양자컴퓨터가 현실화된다면 암호 체계 개편과 같은 거대한 변화가 뒤따를 것입니다. 다만 모든 기술에는 조건이 있기 때문에 “양자컴퓨터가 모든 문제를 해결한다”는 식의 과도한 기대는 경계할 필요가 있습니다. 그럼에도 금융이나 신약 개발처럼 실제로 체감할 수 있는 분야에서는 분명히 가까운 시일 내 효과가 나타날 것입니다. 예컨대 신약 개발 속도가 빨라지고 약효가 개선되면 비용 절감이나 효능 향상으로 이어질 수 있습니다. 저는 학위 과정부터 양자 머신러닝을 연구했는데, 당시만 해도 다소 비현실적인 비전으로 간주되었던 개념이 지금은 학문적으로 자리 잡았습니다. 아직 성숙한 이론 체계는 아니지만, 양자 이론이 AI 구현에 기여할 수 있다는 가능성은 이미 여러 연구로 입증되고 있습니다. 반대로 AI 기술이 양자컴퓨터의 구현과 운영, 특히 오류 정정 같은 분야에서 활용되는 사례도 늘어나고 있습니다. 따라서 AI와 양자의 접점은 이미 현실에 존재하며 앞으로 더욱 확대될 것입니다.
<그림> 양자기술 활용 분야
출처: 과학기술정보통신부(2021)
출처: 과학기술정보통신부(2021)
김재완 현재 IBM이나 구글을 비롯한 여러 기업들이 양자컴퓨터를 어디에 활용할 수 있을지, 특히 유틸리티 측면에서 활발히 논의하고 있습니다. 기업을 운영하시는 입장에서 윤지원 대표님께서는 이 부분에 대해 어떤 견해를 갖고 계신지 말씀해 주시면 좋겠습니다.
윤지원 앞서 말씀드린 ‘돈의 지배’와 관련해 보면, 현재 AI 분야에서 가장 큰 수혜자는 엔비디아(NVIDIA)입니다. 단순하게 말하면 그들은 GPU를 만들고, 양자컴퓨터의 핵심은 QPU인데 엔비디아는 이를 직접 만들지 않습니다. 역으로 보면 QPU가 보편화될수록 엔비디아의 수익 구조가 흔들릴 수 있다는 의미이기도 합니다. 그래서 엔비디아가 AI와 양자를 결합하려는 전략은 단순히 과학적 의미 때문만이 아니라 현재 막대한 수익을 지키고 앞으로도 돈의 흐름을 주도하기 위한 기득권 유지 전략과도 맞닿아 있다고 생각합니다.
한상욱 사회·산업적 파급 효과와 관련해 말씀드리면, 2023년에 과기정통부가 기술영향평가 주제로 양자를 선정한 바 있습니다. 당시 철학, 사회학, 국방, 미디어, 양자 전문가 등 다양한 분야의 위원들이 참여해 긍정적·부정적 효과를 논의했습니다. 긍정적으로는 각 산업의 혁신 가능성이 강조되었고, 반대로 양자기술을 활용하는 기업과 그렇지 못한 기업 간 경쟁력 격차, 나아가 국가 간 격차가 엄청나게 벌어질 수 있다는 지적도 있었습니다. 이 차이는 개인 단위에서도 나타날 수 있습니다. 마치 일부 어르신들이 키오스크 사용에 어려움을 겪듯, 양자 기술을 활용할 수 있는 개인과 그렇지 못한 개인 간 격차가 발생할 수 있다는 것입니다. 활용 단계로 본다면, 초기 양자컴퓨터는 슈퍼컴퓨터처럼 일부 연구소나 대기업에만 도입될 가능성이 큽니다. 따라서 이를 활용할 수 있는 기관과 기업은 빠르게 치고 나가고, 그 과정에서 생길 사회·산업적 격차를 국가 차원에서 어떻게 완화할 것인지 지금부터 고민해야 한다는 논의가 있었습니다.
김재완 새로운 기술이 등장하면 늘 부작용 논의가 따르는데, 양자컴퓨터도 마찬가지입니다. 학회에서도 윤리적 문제를 다루는데, 대표적인 주제가 바로 한상욱 단장님이 말씀하신 것처럼 ‘접근할 수 있는 사람과 그렇지 못한 사람 간의 격차’입니다. 양자컴퓨터는 개인이 보유하기 어려워 결국 클라우드 서비스 형태가 될 가능성이 큽니다. 그런데 이 경우, 운영 기관이 사용자의 정보를 모두 볼 수 있는 것 아니냐는 우려가 제기됩니다. 이와 관련해 ‘블라인드 양자컴퓨팅(Blind Quantum Computing)’ 같은 개념이 보안 문제와 함께 논의되고 있습니다. 결국 맥킨지 보고서처럼 수요 전망만 중요한 것이 아니라, 우리가 예상치 못한 새로운 쟁점과 가능성도 함께 고려해야 합니다. 정책적 측면에서 의견을 더 보태주시면 좋겠습니다.
정일룡 활용 측면에서 보면, Blind Quantum Computing 이야기가 나온 것처럼 국가 안보 이슈도 큽니다. 예를 들어 우리나라는 현재 IBM 양자컴퓨터 등의 외산 양자컴퓨터 클라우드로 접속해 연구를 하지만, IBM의 서비스 약관에는 국방 등 분야에 사용이 금지되어 있습니다. 즉, 안보 관련된 기술을 해외 양자컴퓨터로 연구하는데 제약이 있고, 다른 측면에서는 우리 국방 기술을 타국의 컴퓨터를 활용하기에는 보안의 문제가 있는 등 다양한 관점에서 어려움이 있습니다. 따라서 안보 기술을 연구하기 위해서는 우리의 양자컴퓨터를 보유해야 할 필요성이 생깁니다. 또 다른 측면은 보급 및 활용 문제입니다. 과거 정부가 퍼스널 컴퓨터 보급 사업을 통해 정보 격차를 줄였듯, 양자에서도 비슷한 논의가 필요합니다. 우선적으로 관련 연구를 하는 기업, 연구원, 학교 측면에서 살펴보아도 해외 양자 클라우드 서비스 간단한 연산의 경우 제한적으로 무료 이용이 가능하지만, 실질적으로 활용하기 위해서는 높은 비용을 지불해야하는 문제가 있어, 양자컴퓨터를 쉽게 활용하기가 어렵습니다. 정부에서는 이러한 문제점을 인식하고 올해부터 양자컴퓨팅 서비스 및 활용체계 구축 사업을 시작하여 양자컴퓨터 서비스를 이용할 수 있도록 지원하는 등 국내 양자컴퓨터 활용 생태계 확장에 나서고 있습니다. 앞으로는 개인이 직접 보유하진 못하더라도, 정부가 공공 클라우드 형태로 양자 서비스를 제공해 정보의 격차를 줄이고 양자컴퓨터의 활용 기회를 넓히는 방향으로 갈 가능성이 큽니다.
김재완 참고로 제가 작년에 들은 바로는 IBM 양자컴퓨터 사용료가 1시간에 약 700만 원에 달한다고 합니다. 그러니 양자컴퓨터 소프트웨어를 개발하는 업체 입장에서는 상당히 부담스러운 상황입니다. 그나마 직접 사용하지 않고 에뮬레이터(Emulator)로 대체할 수는 있지만, 큐비트 수가 늘어날수록 실행 시간이 기하급수적으로 늘어나 어려움이 많습니다. 이에 대해 방정호 교수님께서도 보태실 말씀이 있을까요?
방정호 아까 한상욱 단장님께서 말씀하신 것처럼, 양자컴퓨팅 활용에 대한 정부의 투자 기조가 필요합니다. 양자컴퓨팅 활용 연구에 대한 지원이 결국 양자 하드웨어의 접근 및 사용의 수월성으로 이어지는 가장 빠른 방법이기 때문입니다. 사실, 이는 선택의 문제가 아니라 전 세계적인 연구 흐름이기 때문에 반드시 응용 사례 발굴과 투자는 이루어져야 합니다. 실제로 IBM은 최근 70큐비트 이상을 활용해 일본의 RIKEN과 함께 고전 컴퓨터나 에뮬레이터로는 전산모사가 불가능한 수준의 화학 계산 문제를 다루었고, 그 결과는 사이언스 어드밴스드 저널에 출판되었습니다. 이런 성과는 국가 정책 차원에서 투자 근거가 충분하다는 것을 보여줍니다. 양자컴퓨팅 활용 연구를 단순히 알고리듬 개발이나 계산과학 측면에서의 이론 증명 수준으로만 보는 것은 현재 연구 흐름과 괴리된 접근입니다. 현재 활용 연구는 종이와 펜으로 할 수 있는 것이 아니라, 대규모 장비와 실험, 여러 분야 연구자들의 협업을 통해 이루어지고 있습니다. IBM의 70큐비트 사례도 IBM 및 RIKEN의 수십 명의 연구자가 함께 참여한 대형 프로젝트였습니다. 그런데 지금까지 국내에서 양자컴퓨팅 활용 측면의 사업은 전무했고, 알고리듬 및 소프트웨어의 개발 및 활용 연구도 소자개발 및 시스템 구축 측면에서 기획된 대규모 프로젝트의 일부 컨텐츠로 취급되거나 소규모의 개인과제 형태로만 진행되었습니다. 이러한 방식으로는 세계적 연구 경향을 따라가기 어렵습니다. 앞으로는 활용 연구 자체를 독립적이고 대규모로 기획할 필요가 있다고 생각합니다.
김재완 말씀을 들어보면 양자컴퓨터가 아직 완전한 형태, 이른바 ‘꿈의 컴퓨터’에 이르지는 못했지만 이미 그 가능성을 보여주고 있다는 것을 알 수 있습니다. 1970~80년대 미국의 유명한 컴퓨터 회사 DEC의 사장이 “대형 컴퓨터는 집집마다 필요 없다”고 했지만, 곧 상황이 달라졌던 것처럼 말이지요. 정일룡 센터장님께서 말씀하신 것처럼 “다른 나라에서 만든 양자컴퓨터를 들여다 쓰면 되지 않나?”라고 할 수 있지만, 과학기술 수준과 경제 규모를 고려하면 우리도 최소한 협상할 수 있는 자체 역량은 갖춰야 할 것입니다.
#5. 기술 개발 및 상용화의 과제
김재완 양자컴퓨터와 소프트웨어 개발 과정에서 우리가 직면한 문제점은 무엇이고, 이를 극복하기 위한 전략은 무엇일까요? 특히 윤지원 대표님께서는 재정적 어려움 속에서 사업을 이어오신 만큼 이에 대해 많은 말씀을 해주실 수 있을 것 같습니다.
윤지원 결국 문제는 돈입니다. 저희 회사는 국내 양자 관련 기업 중 가장 많은 투자를 받았지만 여전히 자금이 빠듯합니다. 올해만 연구개발에 약 120억 원을 쓰고 있는데, 인건비와 장비 비용은 계속 오르고 관세나 거시적 변수들까지 겹치면서 부담이 큽니다. 국가 과제도 일부 진행하고 있지만 운영의 대부분은 민간 투자에 의존하고 있습니다. 이런 상황에서 국가적 지원이 필요하다고 생각하지만, 그렇다고 특정 기업만 지원해 달라고 할 수도 없어서 자금 확보 방안을 매일 고민하고 있습니다.
김재완 캐나다 기업 자나두(Xanadu)는 창업자가 호주 출신이고, 핀란드의 IQM 역시 직원들의 국적이 40개국 이상이라고 합니다. 투자도 여러 나라에서 받고 있는데, 우리나라는 아직 주로 국내에서만 투자를 받는 상황인지 궁금합니다.
윤지원 저희 회사에도 외국인 인력이 점점 늘고 있고, 해외 펀드 접근도 조금씩 나아지고 있습니다. 하지만 우리나라 벤처 투자 환경은 여전히 해외 자금 유치에 불리한 측면이 있습니다. 국내 벤처기업에 투자하는 해외 펀드는 복잡한 법적 절차와 외환 관련 규제를 거쳐야 하므로, 국내 투자에 비해 저희 회사에도 외국인 인력이 점점 늘고 있고, 해외 펀드 접근도 조금씩 나아지고 있습니다. 하지만 우리나라 벤처 투자 환경은 여전히 해외 자금 유치에 불리한 측면이 많습니다. 구체적으로 살펴보면, 일부 업종은 외국인 지분 보유 한도가 제한되어 있고 관련 기관의 사전 승인 절차를 거쳐야 합니다. 또한, 투자금 송금이나 배당금, 매각 대금 회수 과정에서 외환거래법상 복잡한 보고 및 승인 절차로 인해 속도와 예측성이 떨어집니다. 해외 투자자의 경우 이중과세 문제와 복잡한 조세조약 적용으로 실질 수익률이 낮아질 수 있다는 점도 걸림돌입니다. 나아가 경영권 행사나 주주총회 의결권에서 불리한 제약이 존재하고, 상장 이후에도 대규모 지분 매각 시 금융당국 규제 등으로 자유로운 투자금 회수가 어려운 상황입니다. 이런 점에서 정책적 개선이 필요하지만, 다만 모든 제약이 부정적인 것만은 아닙니다. 예를 들어 핀란드는 개방적 투자 환경 덕분에 다국적 기업으로 빠르게 성장할 수 있지만, 결국 성공한 기업이 미국으로 넘어가 자국에는 남는 것이 없는 경우가 많습니다. 우리나라의 규제가 산업 생태계를 보호하는 장치로 작용할 수도 있다는 점에서, 이 문제는 단순히 장단을 가르기 어려운 복합적인 측면이 있습니다.
정일룡 정책적으로 보면, R&D에서 상용화로 전환할 때 흔히 관련 산업 생태계를 육성하는 방향을 고민하게 됩니다. 기업들이 참여할 수 있는 R&D 사업을 만들고, 투자 펀드를 조성하고, 창업 기회를 제공하는 등 다양한 정책을 추진합니다. 하지만 이런 정책들은 다양한 부작용(R&D 수탁만을 목적으로 사업을 수주하는 기업 등)을 막으려고 하는 법적, 규정 테두리 안에서 진행이 되다 보니, 분야 특성이 고려되지 않은 펀드 심사 규정, 매칭펀드 부담 가중, 지재권 소유, 실시권(License) 등 다양한 문제가 상존하고 있습니다. 이러한 이유로 대기업 뿐만 아니라 많은 국내 기업 들이 국가 R&D 사업 참여를 꺼려하거나 정부 펀드 투자를 받기에 어려움을 느끼는 경우가 많고, 특히 양자처럼 국내 생태계가 취약한 분야는 타 분야 대비 그 어려움이 크다는 의견이 많았습니다.따라서 정책 담당자들은 우선적으로 법과 규정의 테두리 안에서 어떻게 하면 관련 분야의 특성을 고려하여 생태계를 조성하고 육성할 수 있을 지에 대한 방향을 수립하려고 노력하고 있으며, 현장의 의견을 수렴하여 국내 상황과 그 분야의 특성에 맞는 제도를 개선하려고 노력하고 있습니다. 양자 분야의 경우에도 국내 많은 기업들이 양자컴퓨팅 분야 진입에 어려움을 겪는 고가의 해외 양자컴퓨팅 클라우드 서비스의 부담을 줄이고자 이를 지원하는 R&D 사업을 추진하거나, 양자팹과 같이 실질적으로 관련 소자를 만들 수 있는 인프라를 만드는 등의 정책 추진 방향은 이러한 양자기술과 국내의 상황을 고려하여 생태계를 구축하려는 정부의 노력의 일환으로 볼 수 있습니다. 이러한 노력들이 쌓이면 결국에는 글로벌 차원에서 양자기술을 연구하는 생태계가 우리나라에 구축이 될 것이고, 이는 국내 기업 양성 뿐만 아니라 해외 기업, 아울러 해외 투자까지 확대되는 방향을 나아갈 수 있을 것이라고 생각됩니다.
김재완 저는 캐나다의 사례가 무척 부럽습니다. 워털루대학에는 블랙베리 창업자이자 ‘캐나다의 스티브 잡스’라 불리는 마이크 라자리디스(Mike Lazaridis)가 있습니다. 블랙베리는 실패했지만 그는 여전히 특허와 자산을 기반으로 막대한 투자를 했고, 그 결과 페리미터 연구소(Perimeter Institute)와 워털루대학의 양자컴퓨팅연구소를 설립했습니다. 또 토론토대학 경영대학은 양자 산업을 지원하며 기업 창업을 돕고 있습니다. 연구자들은 사업 경험이 부족하니 경영대학이 조언과 지원을 해주는 것이지요. 이런 환경에서 자나두(Xanadu) 같은 기업들이 탄생했습니다. 또 하나는 인식의 문제입니다. 많은 분들이 양자를 도깨비 방망이처럼 이해하기 어렵다고 생각하거나, 일부 물리학자들이 여전히 “양자역학은 아무도 이해 못한다”는 오래된 말을 반복하는 경우가 있습니다. 하지만 실제 양자기술에 필요한 양자역학은 그렇게 난해하지 않습니다. 이런 오해를 극복하는 것이 앞으로 발전을 위해 꼭 필요하다고 생각합니다.
#6. 결론 및 제언
김재완 마지막으로 각 분야에서 우리나라 양자컴퓨팅 기술 발전과 산업화 과정에서 느끼는 문제점과 해결책을 말씀해 주시면 좋겠습니다. 방정호 교수님은 연구소와 대학을 거치며 학생들을 가르치시면서 겪는 어려움과 기대를, 한상욱 단장님은 출연연에서의 경험을, 이어서 윤지원 대표님과 정일룡 센터장님께서도 각각의 입장에서 말씀해 주시면 이 자리를 마무리하도록 하겠습니다.
방정호 간단히 세 가지를 말씀드리겠습니다. 먼저, 출연연과 대학에서 경험한 바에 따르면 연구 과제에서는 주도권과 주관 문제로 소모적 갈등이 자주 발생합니다. 물론 누군가는 주도해야 하지만, 가능하다면 모든 연구자가 함께 참여해 단일대오를 형성할 수 있는 상향식(bottom-up) 형태의 프로그램이 필요합니다. 둘째, 정책과 연구 현장에서 여전히 실험·이론, 소프트웨어·하드웨어처럼 구분이 뚜렷합니다. 그러나 지금은 이러한 경계를 넘는 융합이 필수적입니다. 문제 설정부터 하드웨어와 기존 기술의 접목까지 통합적으로 논의해야 하며, 프로젝트도 실험·이론·타 분야가 함께 성공을 위해 집중하는 형태가 되어야 합니다. 마지막으로, 양자기술에 과도한 기대와 과장된 비전이 퍼지는 점을 경계해야 합니다. 양자컴퓨터가 모든 문제를 고전컴퓨터보다 빨리 해결한다거나 혹은 모든 암호를 무력화할 수 있을 것이라는 식의 과학적으로 부정확한 주장보다는, 객관적 사실에 기반한 균형 잡힌 논의가 필요합니다.
한상욱 세 가지를 말씀드리고 싶습니다. 첫째, 우리나라가 선진국보다 기술이 뒤처졌다고만 볼 필요는 없습니다. ICT 강국인 만큼 전자계측 장비, 알고리듬, 반도체 공정 기반 QPU 제작 등에서 충분히 경쟁력을 가질 수 있습니다. 둘째, 국토가 좁은 것은 오히려 장점입니다. 산학연이 형식적으로만 협력하는 것이 아니라, 일상적으로 자주 만나 자연스럽게 아이디어를 교류할 수 있는 문화가 필요합니다. 정부가 추진하는 거점사업단도 이런 취지를 살려 더 활성화되었으면 합니다. 셋째, 우리 사회에 부족한 것은 도전하는 문화입니다. 연구자들은 참고 사례(reference case)가 없으면 불가능하다고 생각하고, 기업도 주로 가성비 경쟁에만 머물러 있습니다. 정책 결정 역시 미국이나 중국이 하는지를 먼저 따지며 보수적으로 흐르기 쉽습니다. 하지만 이제는 연구자와 기업이 선도자(first mover)로서 도전하고, 성공 사례를 만들면서 유니콘 기업이 등장해 도전 문화를 확산시키는 것이 중요합니다.
김재완 참고로 한국양자정보학회와 같은 학술 단체가 있는 사례가 아마 세계적으로도 드물 것입니다. 양자컴퓨터 연구는 원래 물리학회, 특히 원자·분자·광자(AMO) 분야에서 시작되었지만, 워낙 다학제적(multidisciplinary)이어서 물리·수학·화학·컴퓨터 연구자들이 따로따로 활동하면 협력이 어렵습니다. 이를 극복하기 위해 한국양자정보학회를 만들어 다양한 분야 연구자들이 함께할 수 있는 장을 마련했습니다. 또 한 가지, 양자컴퓨터를 만드는 IonQ 같은 회사에 가보면 연구자의 95%가 물리학자가 아닙니다. 핵심 아이디어는 양자물리학에서 나왔지만, 이를 현실화하는 힘은 엔지니어링에 있습니다. 물리학자 혼자서는 불가능해도 엔지니어들은 가능성을 현실로 만들 수 있습니다. 결국 다양한 배경의 사람들이 모여 협력하는 것이 중요합니다. 이런 맥락에서 기업을 운영하시는 윤지원 대표님께서는 마지막으로 우리에게 무엇이 필요한지 말씀해 주시면 좋겠습니다.
윤지원 과학기술을 국가적으로 육성할 때는 균형 있고 촘촘한 전략이 중요합니다. 산업계에서 보면 ‘소버린(sovereign)’8)이라는 단어가 자주 쓰이지만, 사실 미국조차 모든 기술을 자국 내에서 만들지는 못합니다. 결국 우리가 피해야 할 싸움과 승부를 걸 지점을 잘 골라야 하고, 한국이 잘해온 분야를 양자에서도 이어가는 것이 중요합니다. 기업 관점에서는 창업 숫자에 집착하기보다 나온 몇 개의 기업을 어떻게 성장시킬지 고민하는 게 현실적입니다. 인력이 100명도 안 되는데 기업을 100개 만들겠다는 목표는 비현실적입니다. 두세개의 기업이 우연히라도 탄생했다면 그것을 집중적으로 키우는 것이 훨씬 효과적입니다. 인재 양성도 마찬가지입니다. 국가가 ‘양자 인재를 대량 육성하겠다’는 식으로 접근하면 오히려 낭인만 양산할 수 있습니다. 실제로 소프트웨어나 AI에서도 그런 현상이 있었습니다. 지금 필요한 것은 많은 수의 평균적인 인재가 아니라, 압도적인 역량을 가진 소수의 인재입니다. 양자 분야도 결국 비슷한 흐름을 따를 것이므로, 국가가 집중해야 할 부분은 기초 학문을 잘하는 물리·수학 인재를 꾸준히 길러내는 데 있다고 생각합니다.
8) '자주적인', '주권이 있는' 이라는 의미로 자국의 정책이나 자원에 대한 독립적인 통제권을 의미
김재완 정부는 서울, 대전, 영남 지역 등에 양자대학원을 설립해 인재 양성에 나섰습니다. 중국이나 미국처럼 인력이 많이 필요하다는 판단 때문입니다. 그러나 사실 양자 기술 발전에 필요한 인재는 이미 상당 부분 존재합니다. 예를 들어 전자 산업에 종사하는 인력은 전환 교육만 받으면 충분히 이 분야의 훌륭한 인재가 될 수 있습니다. 따라서 신규 인력 양성뿐 아니라 기존 인력의 전환 활용도 중요합니다. 다만 양자 기술이 잘못 알려지거나 제대로 홍보되지 않아 사람들이 그 기회를 인식하지 못하는 점은 아쉽습니다. 정책적 측면에서 이에 대한 통찰을 나눠주시면 감사하겠습니다.
정일룡 저는 양자 분야가 아닌 컴퓨터 비전을 전공해서 제 전공과 관련된 국내·외 컴퓨터 사이언스 관련 학회를 다니면서 타 분야에서 양자 분야를 어떻게 바라보는 지 유심히 살펴보는데 국내·외 상황이 많이 다르다고 느꼈습니다. 국내 인공지능이나 컴퓨터 공학을 전공하시는 분들은 상대적으로 양자컴퓨터에 대한 관심이 적다고 느끼는 반면, IEEE Quantum Week 같은 미국의 컴퓨터 소사어티 주도의 학회에 가보면 수많은 컴퓨터 공학, AI 연구자들이 양자에 큰 관심을 보이는 것을 볼 수 있었습니다. 이는 IBM, 구글, 아마존, 마이크로소프트, 엔비디아 같은 글로벌 ICT 기업들이 양자분야에 적극적으로 나서고 있는 것과 달리 국내 ICT 주요 기업들은 관심이 떨어지는 경향과 크게 다르지 않은 것 같습니다. 이는 국내에서 기업이나 타 분야 연구자들이 아직 양자 분야로 넘어올 동인이 부족한 것이 큰 이유인 것 같습니다. 미국의 소위 빅테크 기업들은 단기적으로 적자를 감수하더라도, 미래 관련 시장을 선점하고 주도하였을 때의 다가올 이익이 매우 크다고 판단하고 투자하지만, 국내 기업들은 관련 기술의 매출이나 이익이 발생하기에는 많은 시간이 걸린다고 판단하기 때문에 상대적으로 거리를 두는 것 같습니다. 이처럼 ICT 강국인 우리나라의 훌륭한 글로벌 기업 역량과 관련 인프라, 기술, 인력풀이 양자분야로 유입되어 양자컴퓨팅 분야를 선도하기에 아주 좋은 조건을 가졌지만 관심도가 떨어지는 상황이 매우 아쉽습니다. 아울러 이러한 상황은 국제협력, 글로벌 공급망 측면에도 유사하게 나타나고 있습니다. 상대적으로 미국 등 주요국 대비 양자컴퓨팅 분야에 관심도가 떨어지다 보니 국내 양자컴퓨팅 관련 기업이 매우 적고 글로벌 공급망 관점에서 양자 컴퓨팅 분야에 우리나라의 강점을 내세울 부분이 부족합니다. 반도체, 디스플레이 분야 등 ICT 분야에서 선도하던 국내의 차별적 역량을 양자컴퓨팅 분야에서도 발굴해야 국제적인 협상력이 생기고, 양자 경제에서 주도권 확보가 가능할 것입니다.
김재완 우리 대기업이 이 분야에 관심을 기울인다면 단순히 투자뿐 아니라 냉정한 시각으로 비판적 성장을 이끌 수 있을 것입니다. 또 토론토대학 경영학과 사례도 말씀드렸지만 우리나라 경영계에서도 맥킨지처럼 깊이 분석하고 조언한다면 양자 산업이 건강하게 성장하는 데 큰 도움이 될 것이라 생각합니다. 연구자들은 더 많은 참여를 바라지만, 비판적 시각 역시 함께해야 발전이 가능합니다. 오늘 KDI에서 이런 자리를 마련해 주신 것도 의미가 크며, 이 계기가 앞으로 좋은 출발점이 되길 바랍니다. 감사합니다.
* 전문가 좌담회의 내용은 참석자 개인의 의견으로, KDI 및 각 참석자 소속기관의 공식 견해를 대변하는 것은 아닙니다. 본 내용을 보도하거나 인용할 경우에는 참석자명을 반드시 표기하여 주시기 바랍니다.
♦ 참고: 전문가 약력 ♦
김재완 (좌장)
• (前) 고등과학원 양자우주연구센터 석학교수
• (前) 연세대학교 양자정보기술연구원 원장, 물리학과 특임교수
• (前) 국제학술대회 AQIS 운영위원장 (2019-2025)
• (2025.9~) 한국표준과학연구원 국가특임연구원
“초연결 확장형 슈퍼양자컴퓨팅”글로벌TOP전략연구단 단장
• 미래양자융합포럼 학계 공동의장
• 한국양자정보학회 초대회장
• 양자전략위원회 민간위원, 前국가과학기술자문회의 양자특위 공동의장
방정호
• 연세대 융합과학기술원 부교수
• 연세대 양자사업단 양자컴퓨팅센터장
• 한국양자정보학회 상임이사(대외협력분야)
• (前) 한국전자통신연구원 선임연구원/양자컴퓨팅연구실장(2021~2024)
• (前) 고등과학원 계산과학부 연구원(2017~2021)
윤지원
• SDT 주식회사 대표
• (前) KIST 양자정보연구단 연구원
• (前) MIT-Harvard Center for Ultracold Atoms (CUA) 연구원
• MIT 물리학/전자공학 학·석사 졸업
정일룡
• 한국표준과학연구원(KRISS) 국가양자정책센터장 / 책임연구원
• 국가과학기술자문회의 성과평가전문위원회 위원
• 양자전략위원회 실무위원회 위원
• 대한민국 양자과학기술 전략 집필진 등 주요 양자분야 정책·전략 참여
한상욱
• 한국과학기술연구원(KIST) 양자기술활용연구거점 사업단장
• 한국양자정보학회 회장
• 양자전략위원회 민간위원
• 국가과학기술자문회의 양자반도체 전문위원회 위원
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