양자물리학 원리를 적용한 양자컴퓨터의 조기 실현 여부에 대한 논의가 주목받고 있다. 2025년 초부터 양자컴퓨팅의 조기 개발에 대한 기대가 커지자 관련 스타트업 기업 주가가 급등하기도 했다. 그러나 미국의 유력 반도체 기업인 엔비디아의 젠슨 황 CEO가 실용화까지 20년 정도 소요될 것이라고 발언하자 양자컴퓨터 관련주는 일제히 하락했다.
세계 IT산업을 이끄는 주요 인물들의 발언을 종합해보면, 먼 미래로 여겨졌던 양자컴퓨터의 현실화가 점차 가시화되고 있으며, 이에 따른 투자도 지속되고 있는 것으로 보인다. AI 개발 경쟁이 치열한 가운데, 인간의 두뇌 구조가 0과 1로만 이루어진 디지털 기술보다 양자물리학적 현상과 가깝다는 연구 결과가 나오면서, 궁극적인 AI는 양자컴퓨터를 기반으로 발전할 가능성이 크다는 전망도 제기되고 있다. 이에 따라 AI 패권을 노리는 글로벌 빅테크 기업들은 양자컴퓨터 개발에 적극 나설 수밖에 없는 상황이다.
일본 기업들은 양자컴퓨터 개발 경쟁에서 빅테크나 중국 기업에 비해 후발주자이긴 하지만, 양자암호 통신 상용화에 주력하는 한편, 양자 인스파이어드(Quantum Inspired) 기술을 활용하여 조합 문제 해결, 물류 경로 효율화 등에서 슈퍼컴퓨터를 능가하는 성능을 보이며 실질적인 비즈니스를 전개하고 있다. 지난해 11월, 이화학연구소와 NTT 등 일본 연구 그룹은 광(光) 방식의 양자컴퓨터 개발에 성공했다고 발표하며 선도적인 성과를 거두었다.
구글과 IBM 등이 개발한 양자컴퓨터는 외부 환경 변화의 영향을 받기 쉬운 양자비트를 보호하기 위해 초전도 기술을 이용한 극저온 냉동 시스템이 필요해 소형화가 어렵다는 문제가 있다. 반면, NTT 연합 등이 개발한 광 방식의 양자컴퓨터는 거대한 냉각 장치 없이 양자비트를 늘릴 수 있다는 장점이 있다. 실용적인 양자컴퓨터를 구현하기 위해서는 100만 개 이상의 양자비트가 필요하지만, 현재 IBM이 개발한 최신 기종은 1121개 수준에 머물러 있어 초전도 방식의 한계가 드러나고 있다. 이에 따라 일본의 광 신호 기반 기술이 대안으로 떠오르고 있다.
또한, 양자컴퓨터 실용화를 위해 풀어야 할 중요한 과제 중 하나는 오답 수정 기술이다. 일본의 연구팀은 이 분야에서도 성과를 보이고 있다. 일본 분자과학연구소는 후지쓰, 히타치제작소, NEC 등 10개 기업과 공동으로 냉각원자 방식의 양자컴퓨터 사업화를 추진 중이다. 기존 초전도 방식의 양자비트는 양자 상태가 유지되는 시간이 밀리 초 단위로 짧지만, 일본 분자과학연구소의 냉각원자 방식은 1초 이상 유지가 가능하여 오답 억제에 유리한 특징을 보인다. 또한, 양자비트 수를 늘리는 것도 상대적으로 용이하며, 연구소는 2030년까지 1만 양자비트 확보를 목표로 하고 있다.
현재 양자컴퓨터 기술의 핵심 과제는 양자비트 확장, 장치 소형화, 오답 수정 등이며 기존 기술의 연장선에서 해결하기 어려운 한계도 존재한다. 이에 따라 각국은 다양한 접근 방식으로 문제를 해결하려는 연구를 확대할 것으로 예상된다. 우리나라도 양자 인스파이어드 기술을 활용한 현실적인 응용 비즈니스 기반을 강화하는 한편, 국제공동연구를 확대하고 광 기술 기반 양자컴퓨터의 한계 극복을 위한 기술을 개발해야 한다. 또한, 양자반도체, 광전자 등 관련 소재 및 부품 기술을 장기적인 관점에서 준비할 필요가 있다.
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