일본 정부와 기업, 대학이 힘을 합쳐 새로운 방식의 양자컴퓨터를 2030년까지 내놓는다. 미국과 중국이 주도하는 양자컴퓨터 개발 시장의 판도를 단숨에 바꾸겠다는 의도로 풀이된다.

일본 최대 통신회사인 NTT와 도쿄대, 국립 이화학연구소는 빛을 이용한 양자컴퓨터 기반 기술을 개발했다고 23일 발표했다. 일본 정부는 총 2000억엔(약 2조800억원) 규모의 프로젝트를 가동해 ‘광(光) 양자컴퓨터’ 개발을 지원하기로 했다. 내년부터 제작에 들어가 2030년 양자컴퓨터를 완성한다는 계획이다.

가동 비용 낮은 고성능 양자컴퓨터

日, 2030년 '꿈의 양자컴' 완성…G2 맹추격
NTT와 도쿄대 등이 개발에 성공한 것은 ‘스퀴즈드(squeezed) 광’이라고 불리는 특수광을 고품질로 만들어내는 장치다. 이 특수광을 광섬유로 송출해 양자컴퓨터를 돌리는 방식이다.

빛을 이용하면 냉각장치나 진공설비 없이 상온에서도 양자컴퓨터를 가동할 수 있다. 양자컴퓨터의 주류인 초전도 방식보다 가동 비용을 대폭 낮출 수 있다는 설명이다. 광 양자컴퓨터는 독자적인 계산시스템을 적용하기 때문에 양자컴퓨터의 성능을 크게 높일 수 있다고 NTT와 도쿄대 측은 밝혔다.

양자컴퓨터는 에너지나 빛의 최소 단위인 전자와 광자 등 양자의 역학을 활용하는 차세대 고속연산기다. 기존 컴퓨터는 정보를 0과 1의 2진법으로 처리하지만 양자는 0과 1 양쪽에 해당하는 ‘중첩 상태’가 있다. 이 성질을 응용하면 슈퍼컴퓨터보다 훨씬 빠른 속도의 연산이 가능하다. 2019년 구글이 개발한 양자컴퓨터는 최첨단 슈퍼컴퓨터가 1만 년 걸리는 문제를 단 3분 만에 풀어냈다.

물질의 복잡한 배합을 빠른 시간에 계산할 수 있어 소재 및 신약 개발, 인공지능(AI) 활용 등 다양한 분야에서 산업 경쟁력을 끌어올릴 것으로 기대된다. 보스턴컨설팅그룹은 2040년 양자컴퓨터가 최대 8500억달러(약 1009조원)의 부가가치를 창출할 것으로 예상했다. 신약 개발과 관련해 3300억달러, 비행 경로 최적화와 자동운전과 같은 AI 학습 분야에서 2200억달러씩의 부가가치가 새로 발생할 것으로 분석했다.

앞서 나가는 미국, 맹추격하는 중국

양자컴퓨터는 암호 해독과 사이버보안 등 군사용으로 활용할 수 있어 국가 안전보장과 직결되는 기술로도 평가된다. 이 때문에 미국과 중국이 치열한 개발 경쟁을 벌이고 있다. 미국은 구글과 IBM 등 정보기술(IT) 기업들이 개발을 주도하고 있고 중국은 대학 연구기관이 중심적인 역할을 하고 있다. 2019년 구글이 양자초월(양자컴퓨터가 슈퍼컴퓨터의 성능을 앞서는 단계)에 도달하자 1년 뒤인 2020년 중국과학기술대가 양자초월을 달성했다.

양자컴퓨터의 주류인 초전도 방식은 초저온 상태에서 전기저항을 ‘제로(0)’로 만든 회로에서 연산하는 방식이다. 구글은 양자컴퓨터의 성능을 53큐비트(양자 정보의 기본 단위)까지 끌어올렸고, IBM은 지난달 큐비트를 127까지 끌어올릴 수 있는 프로세서를 개발했다고 발표했다. 일본에선 이화학연구소와 후지쓰 등이 초전도 방식 양자컴퓨터를 개발 중이다.

한국은 한국표준과학연구원과 삼성전자종합기술원이 각각 10년 전과 3년 전부터 초전도 방식 양자컴퓨터를 개발하고 있다. 한국의 양자컴퓨터는 5큐비트 수준으로 미국, 중국과 기술 격차가 있다는 평가를 받는다.

초전도 방식은 배선이 복잡하고 냉동기를 갖춰야 하는 등 과제도 많다. 이 때문에 일본은 지금까지와 다른 방식의 양자컴퓨터로 미국과 중국을 단숨에 넘어서려는 시도를 하고 있다. NTT와 도쿄대의 광 양자컴퓨터도 이런 시도 중 하나다. 히타치제작소는 양자컴퓨터를 대형화하기 쉬운 실리콘 방식 기술을 개발하고 있다.

도쿄=정영효 특파원/김리안 기자 hugh@hankyung.com