아마존웹서비스(AWS), 구글, 인텔과 같은 ICT업체들이 양자역학에서 나타나는 양자 얽힘과 중첩 효과를 활용하는 양자컴퓨터 상용화 경쟁에 뛰어들고 있다. 기존 반도체 컴퓨터보다 월등한 연산능력을 가져 새로운 지평을 열 수 있을 것이란 기대감이 큰 가운데, 시장을 선점하고 기술적 우위를 확보하려는 전략으로 풀이된다. 해당 업체들이 가장 먼저 양자컴퓨터를 연구해 온 IBM을 앞지를 수 있을지 여부가 주목된다.

세계 양자 컴퓨터 시장 300조 원 규모로 성장 전망

미국 보스톤 컨설팅그룹(BCC)에 따르면 세계 양자 컴퓨터 시장은 2035년 20억 달러(약 2조3250억 원) 규모에서 2050년 2600억 달러(약 302조2500억 원)규모로 성장할 전망이다.

양자컴퓨터는 100억 분의 1미터에 불과한 원자 단위 이하의 물리적 속성을 활용해 연산 속도를 획기적으로 높인 컴퓨터다. 기존 컴퓨터는 0 아니면 1의 값을 갖는 비트 단위로 정보를 처리한다. 하지만 양자컴퓨터는 0과 1이 동시에 중첩될 수 있는 ‘큐비트(qubit)’ 단위로 연산한다. 여러 연산을 병렬적으로 처리하기에 슈퍼컴퓨터보다 수백만 배 이상 속도가 빨라질 수 있다.

최근 인텔은 양자컴퓨터 상용화를 앞당기는 극저온 제어칩 ‘호스리지(Horse Ridge)’를 개발했다고 밝혔다. 인텔 연구소는 네덜란드 델프트 공과대학 소속 큐테크(QuTech)와 함께 극저온을 이용해 대규모 양자컴퓨팅을 제어할 수 있는 반도체 칩을 만들었다.

호스리지 칩은 인텔의 22나노 공정인 핀펫 기술을 활용해 개발됐으며, 양자 시스템 작동에 필요한 전자 제어 장치를 단순화한 것이 특징이다. 특히 극저온 상태에서 다수의 양자 비트 또는 큐비트를 제어할 수 있어 양자컴퓨터 시스템으로 확장할 수 있을 것으로 보인다.

양자컴퓨터는 극저온 상태로 만들어야 하기에 컴퓨터 내부는 냉장고 형태로 이뤄지는데, 지금까지는 배선이 바깥에 위치해 확장이 쉽지 않았다.

AWS는 지난 2일 미국 라스베이거스에서 열린 ‘AWS 리인벤트 2019’에서 양자컴퓨팅 서비스 ‘아마존 브래킷’을 발표했다.

브래킷은 완전관리형 AWS 양자컴퓨팅 서비스로, 양자 하드웨어 제공업체 컴퓨터를 제공해 한 곳에서 실험하도록 양자컴퓨팅센터를 짓고 지원한다. 양자솔루션랩은 아마존 양자컴퓨팅 전문가, 관련 기술, 컨설팅 파트너와 연계해 고객의 양자컴퓨팅 사용 용도를 발굴한다.

구글은 최근 과학 전문지 네이처에 발표한 논문을 통해 ‘양자 우위’(quantum supremacy)를 소개했다.

논문에 따르면 구글은 지난 10월 23일 자신들이 개발한 54 큐비트 시커모어 프로세서는 기존 슈퍼컴퓨터가 1만 년에 걸쳐 수행했던 계산을 200초 안에 할 수 있다고 설명했다. 전통적인 컴퓨터에서는 난수 생성과 관련된 계산을 할 수 없다고 알려져 있다.

특히 구글은 논문을 통해 자신들이 양자 컴퓨터에서 우위를 달성했다고 주장했다. 이는 업계 1위 IBM의 심기를 건드리기도 했다.

양자 컴퓨터 기술 관련 정책 지원 필요

IBM은 구글 발표 이후 즉각 블로그에 반박자료를 등록했다.

IBM은 슈퍼컴퓨터로 1만 년이 걸리는 연산 작업이 실제 2.5일이면 해낼 수 있는 수준이라고 설명했다. 또 구글이 기존 슈퍼컴퓨터의 연산 시간을 측정할 때 슈퍼컴퓨터의 풍부한 디스크 스토리지를 계산하는 데 실패했다고 밝혔다.

IBM은 1985년부터 양자컴퓨터의 가능성을 보고 지속적으로 투자와 개발을 진행해왔다.

특히 IBM은 포춘 500대 기업이 중심이 된 양자컴퓨팅 기업 연구그룹인 ‘IBM Q 네트워크(Q Network)’를 운영하고 있다.

IT업계 관계자는 “과거부터 명성을 쌓아온 IBM을 따라잡는다는 것은 상징적인 의미가 있기에 기술력을 알리고 새로운 고객 군을 확보하는 기반이 될 것”이라며 “전통적인 강자 IBM과 새롭게 개발하는 ICT업체들 간 경쟁이 더욱 치열해질 전망”이라고 설명했다.

한편 한국은 양자컴퓨터 개발이 비교적 더딘 편이다. 하지만 최근 관심이 커지고 있다. 삼성전자는 최근 미국 양자컴퓨터 스타트업 아이온큐(IonQ)에 645억 원 투자를 결정했다.

아이온큐는 양자컴퓨터를 활용해 차세대 클라우드를 개발하는 스타트업이다. 김정상 미 듀크대 전자컴퓨터공학과 교수와 크리스토퍼 먼로 메릴랜드대 물리학과 교수가 공동으로 창업했다.

아이온큐의 양자컴퓨터 칩은 극저온에서만 작동하는 다른 양자컴퓨터와 달리 상온에서 동작하는 독보적인 기술력을 보유하고 있다.

정부 정책 지원이 시급하다는 지적도 나온다. 현재까지는 양자컴퓨터와 관련 응용 기술에 대한 지원책이 전무한 실정이다.

IT업계 관계자는 “최근 자유한국당 김성태 의원이 ‘정보통신 진흥 및 융합 활성화 등에 관한 특별법’ 개정안을 발의하며 양자 기술 관련 지원책 마련을 시도하고 있다. 하지만 전반적으로 아직은 관심이 낮은 상태”라며 “새로운 시장에 뒤처지지 않도록 정부의 정책적 지원이 필요한 시점”이라고 말했다.

김태환 테크엠 기자 kimthin@techm.kr