양자소부장이란 무엇인가?
양자소부장은 양자기술 즉, 양자통신, 양자컴퓨팅, 양자센서를 구성하는 직접적인 소재 및 부품 그리고 이를 가공하는 장치를 의미하는 것으로, 양자기술을 직접적으로 구현하는 소재 및 부품으로 정의된다. 그러나 본고에서는 온전한 양자 기술 실현을 지원하는 비양자기술 기반의 지원기술까지 포함하여 기술할 예정이다. 이 모든 것을 포함한 경우 양자 활성화 기술이라는 용어가 더 적절한 것으로 저자는 생각한다. 이는 과학적 의미 뿐 아니라 산업적인 의미에서 양자기술 실현을 위해 필수 불가결한 소재· 부품·장비 기술이 존재하며, 양자기술도 기존의 산업구조와 떨어져 존재하는 것은 아니기 때문이다. 그러므로 본고에서 양자소부장 기술은 양자 활성화 기술을 의미한다.
현재 양자기술의 기술적 위치를 전자공학에 비유한다면, 진공관을 이용하여 전자공학의 이론들이 구현되고 이를 신뢰성 있는 고성능 전자기기로 만들기 위해 트랜지스터를 만들어야 하는 단계로 볼 수 있다. 전자상가에 부품을 쉽게 구해 조립하는 단계는 아직 오지 않았으며, 부품 하나하나를 직접 설계하고 제작하는 단계이다. 지금 단계에서 양자기술은 이를 구성하는 양자소부장의 발전에 따라 고도화되고 있다. 더 안정성이 높은 동작 환경을 고성능의 양자소부장을 통해 제공받고, 더 높은 순도의 소재 공급, 더 정밀한 부품, 다양한 고민감도 측정장치를 제공받아 그 실용 한계를 넓혀 가고 있다.
전 세계적으로 초기 단계인 양자 산업의 현실을 고려할 때, 주요 양자기술의 확보를 통해 시장 선점에 성공할 경우 공급망 안정은 물론 해외시장 개척까지 기대할 수 있다. 반면, 시장 선점에 실패할 경우 국내 양자 산업은 주요 소재·부품·장비 공급을 해외 수입에 전적으로 의존해야 하는, 취약한 구조에 노출될 위험성이 높다. 더욱이 각국의 양자기술에 대한 전략적 수출규제가 미·중 간에 이미 실제화되고 있는 상황에서, 미래 국가경쟁력 유지를 위해 양자기술 관련 글로벌 공급망의 다원화 및 주요 소재·부품· 장비에 대한 내재화(內在化)가 절실하게 요구되고 있다. 이러한 차원에서 이번 편에서는 양자통신·센서·컴퓨터에 필요한 소재·부품·장비를 분류해보고, 이를 공급망 측면과 양자기술에서 용도 측면으로 분석해 본다.
양자소부장 기술의 공급망 기술 분류
그림 2는 다양한 소부장의 공급망을 분석한 것이다. 본고에서는 양자 FAB 등에 대해 다루고 있지 않지만, 양자소부장 기술이 산업화를 위해서는 안정된 양자 FAB이 필요함을 다시 한번 강조하고자 한다. 그림의 양자소재 중 기존의 Si 및 III-V FAB에 사용 가능한 소재는 극소수이며, 대부분 기존 Si 혹은 III-V 공정에 상호 오염이 가능한 소재를 사용한다. 그림 2에서 강조하고자 하는 점은 양자기술은 기존의 비양자기술에 크게 의존하고 있으며, 양자기술 발전 및 산업화를 위해 기존의 국내 중소/벤처 기업의 할 일이 많다는 것이다.
예를 들어, 저온 냉각기, 무진동 펌프, 진공 장치 개발 업체는 양자컴퓨터의 외각 환경 장치 제공이 가능하고, 실험실 제어 장치 개발 업체, 고속 FPGA 회로 제작업체 등도 양자장치의 신호 해석 장치 개발이 할 일이 많다. 비이커/유리관 제작업체도 trap ion용 특수 셀 제작에 필요하며, 초전도 전선 등 기존의 전선 제작업체도 양자기술에 많은 부품을 납품할 수 있다. 이의 구체적 예로 미국의 양자기술 협의체인 QED-C에서 조사한 각 기업에서 입사를 원하는 직종을 분석한 결과 약 70%의 직종이 이른바 비양자기술로 분류된다.
양자소부장 기술의 기술적 분류
각 소부장 기술의 기술적 사용 용도에 따라 이를 분류하면 표 1과 같다. 참고로 모든 소부장을 망라하기보다는 주요 키워드를 제시한 것이며, 범위의 구체적 소재·부품은 대표적인 예시를 든 것일 뿐으로 여기만으로 제한되지 않음을 미리 밝힌다.
맺음말
각각의 양자기술은 양자소부장으로 상호 연결되고 있다. 즉, 양자소부장 기술은 양자기술 산업화를 지지하는 기술이 되며, 당연하게도 산업화 시 가장 병목현상을 일으키는 지점이 될 수 있다. 마지막으로, 양자기술의 산업화에는 어려운 양자 기술만 필요한 것이 아니라, 다양한 중소/벤처 기업이 보유한 비양자기술도 필수 불가결하다는 것과 이를 통해 양자 기술기업이 아니더라도 양자 산업에 뛰어들 수 있다는 것을 독자들이 알아차렸다면, 본고의 내용을 완전히 숙지한 것과 같다. 예를 들어 전원 공급장치만 해도 양자 품질의 장치가 별도로 필요하다. 구체적인 각각의 양자기술의 세세한 분류와 이에 필요한 각각의 소부장 기술의 세세한 목표성능 및 제조 방법 예시 등은 차후 별도로 정리할 계획이다.
