[리더스포럼]양자기술과 국가경쟁력 - 양자컴퓨팅 혁명시대 대응 전략

양자기술은 인류가 처한 다양한 문제에 대한 해결책을 제시하며, 미래 사회를 혁신적으로 변화시킬 잠재력을 갖고 있다. 기존 기술로는 해결하기 어려운 복잡한 문제를 빠르게 해결할 수 있으며, 신약개발, 신소재개발, 인공지능(AI), 기후 모델링 등 다양한 분야에서 혁신적인 발전을 이끌어낼 수 있다. 특히, 양자기술은 인공지능 발전에 새로운 지평을 열어줄 것으로 기대된다. 양자컴퓨터는 기존 컴퓨터보다 훨씬 복잡한 데이터를 처리하고 분석할 수 있기 때문에, AI 모델의 학습 속도를 비약적으로 향상시키고, 더욱 정확하고 복잡한 문제를 해결할 수 있는 AI 모델을 개발하는 데 기여할 것이다. 양자기술(Quantum Technology), 양자컴퓨팅(Quantum Computing), 양자SW(Quantum Software), 양자SW공학(Quantum Software Engineering)을 요약해서 정리하면 다음과 같다.

양자기술은 양자의 중첩, 얽힘, 불확정성 원리 등을 이용해 기존 과학기술의 한계를 극복하고 새로운 역량을 제공한다. 양자기술은 양자컴퓨팅, 양자통신, 양자센서 등의 분야를 포함하며, 컴퓨터과학, 인공지능, 물리학, 재료과학 등 여러 학문분야에 획기적인 혁신을 가져올 것이다.

양자컴퓨팅은 양자역학의 원리를 이용해 정보를 처리한다. 현재의 컴퓨터는 0 또는 1의 상태만을 가질 수 있는 비트(Bit)를 사용하는 반면, 양자컴퓨팅은 0과 1및 그 중간에 있는 상태가 확률적으로 중첩해서 존재할 수 있는 큐비트(Qubit)를 사용한다. 양자컴퓨팅은 큐비트의 병렬연산을 이용해서 기존 컴퓨터로는 해결하기 어려운 복잡한 문제들을 빠르게(1만배 ~ 10조배) 해결할 수 있다.

양자SW는 양자컴퓨팅의 작동 절차를 제어하고, 양자알고리즘을 실행하기 위한 소프트웨어다. 양자회로 설계, 양자게이트 조작, 오류보정 등 양자컴퓨팅 시스템의 모든 측면을 관리한다. 양자SW는 양자프로그래밍 언어, 양자컴파일러, 양자시뮬레이터 등 다양한 도구를 포함하며, 양자컴퓨팅 작동에 필요한 효율적인 상호작용을 위한 인터페이스도 제공한다.

양자SW공학은 양자SW를 개발하고 관리하는 공학 분야다. 현재 SW 공학의 원리를 양자컴퓨팅에 적용하여 양자SW의 품질, 신뢰성, 효율성을 높이는 것을 목표로 한다. 양자알고리즘 설계, 양자회로 시뮬레이션, 양자 오류수정 코드 개발 등 다양한 연구분야를 포함하며, 양자컴퓨팅 시스템의 개발과 상용화를 위한 핵심적인 역할을 담당한다.

5차 산업혁명은, 양자컴퓨팅이 다양한 산업분야에 활용될 시기인 2045년경에 시작될 것으로 예측된다. 양자컴퓨팅은 전 산업에 영향을 주는 파괴적인 산업 혁명으로써 생산성을 1만배 이상 높일 것으로 기대된다. 예를 들어, 현재의 슈퍼컴퓨터로 화학물질의 합성문제를 해결하는 데는 수백년이 걸리지만, 양자컴퓨터로는 몇시간 안에 해결이 가능하며, 이는 바로 약 1만배 이상의 생산성 향상을 의미한다. 미국 매킨지(McKinsey)에 따르면 2035년 양자컴퓨팅을 활용하는 산업분야에 의료, 생명과학, 재료과학, 에너지, 통신, 보안, 국방, 우주, 제조, 재무 등이 포함될 것이며, 특히, 재무·금융 분야에서의 양자컴퓨팅 활용은 전체 산업분야 양자컴퓨팅 활용의50 퍼센트(최고: 70 %, 최저: 40 %) 이상이 될 것으로 전망되고 있다.

현재 한국의 양자컴퓨팅 기술은 선진국 대비 15년 이상이나 뒤처져 있다. 그러므로 한국이 2045년경에 양자기술 선진국 반열에 올라갈 수 있도록 하기 위해서는 양자SW분야에서 차별화된 역량을 높여야 한다. 양자SW 분야는 아직 기술의 초기단계로 해결해야 할 문제점과 도전 과제가 많아 우리가 노력하면 미래에 기술선도가 가능한 분야다. 특히, 규모가 크고 복잡도가 높은 양자기술 응용시스템 개발을 위해 현재에는 존재하지 않는 새로운 양자SW방법론과 기법이 필요하기 때문이다.

2045년 세계 양자컴퓨팅 수요 산업의 시장은 약 6조달러(약 8030조)로 추산된다. 우리나라가 세계 양자기술 시장의 10%를 점유하게 되면, 새로운 일자리 300만개 창출이 가능하다. 우리나라가 2045년까지 양자기술 선진국 3위권에 진입하기 위해서는, 정부는 조속히 '양자SW공학연구소(ETRI 부설)'를 설립해 기술개발에 매진하고, 대학과 기업은 양자SW 인재육성에 힘써 나가야 하겠다.

이단형 한국SW기술진흥협회장 danlee@kaist.ac.kr