양자과학기술 선점을 위한 주요국의 본격적인 기술패권 경쟁 시작

기술 선도국은 양자과학기술을 국가 전략기술로 인식, 국가적 차원의 정책지원과 중장기적 기술로드맵을 제시하고, 대규모 연구개발 투자로 양자기술 전략화 경쟁의 주도권 확보에 사활을 걸고 있다. 미국은 양자법(’18)을 수립, 백악관 직속 국가양자조정실 이하 범정부적인 조직을 기반으로 ’19년부터 ’22년까지 지난 4년간 27.91억 달러(약 4조원)를 투자하였으며, 유럽은 일찍부터 양자성명서(‘16), Quantum flagship (‘18~)를 추진하고, 2020년대에는 축적된 기초역량을 기반으로 양자컴퓨팅(EuroHPC), 양자통신(EuroQCI) 등 양자 응용연구·상용화 접목을 진행 중이다. 중국 역시 양자 굴기를 위해 세계최대 규모의 국립양자정보과학연구소 설립(’17~) 등 ’18～’22년간 1천억 위안(약 16.5조원)의 적극적 투자 확대하고 있으며, 유·무선 4,600km 양자암호통신 신기록을 세우며 양자통신 분야에 두각을 나타내고 있다.

한발 늦었지만 우리도 양자과학기술 비전 제시, 국가적 역량 결집을 통한 대도약을 모색

우리도 국가 필수전략 육성방안(’22.10) 마련, 집중 육성 보호해야 할 12개 국가필수전략 기술 중 하나로 양자기술을 선정하였으며, ‘23년 6월에는 ‘2035년 대한민국, 글로벌 양자경제 중심국가 도약’의 비전을 제시하고, 양자경제 실현을 위한 전략을 제시하였다. 정부의 양자 연구개발 투자는 ’19년 106억원에서 ’22년 699억원으로 증가 추세에 있다(KISTEP,’22). 다만 주요국 대비 절대 투자 규모는 상대적으로 낮은 상황이며, 기술 추격의 골든타임 확보를 위해서는 전략적인 대규모 투자가 필요하다.

근미래 양자암호통신, 양자 센서 기반으로 시장 성장 전망, 장기적으로 양자컴퓨팅이 시장 주도

전 세계 양자기술 시장 규모는 ’23년 기준 21억 달러(2.7조원) 수준이나, 향후 연평균 22.6%의 높은 성장이 기대된다. 양자시장 활성화 시점은 단기적으로 양자 통신·센싱 분야가 상용화가 먼저 시작되어 잠재적으로 여러 산업을 변화시킬 것으로 예상(매킨지, ‘12.12)되며, 장기적으로 양자컴퓨팅 시장이 성장을 주도할 것으로 전망하고 있다.

양자과학기술의 초석, 양자인력 확보가 최우선 과제로 양자 핵심인력·엔지니어링 인력의 동시 육성 필요

현재 양자시장은 본격적인 형성 이전 단계에 있어 전 세계적으로 양자 전문인력 부족 현상을 겪고 있다. 국내 역시 양자핵심 인력은 산학연 전체 380여명 수준이며, 국내·외 우수 인재 확보가 어려운 상황이다. 최근 양자과학기술 비전(‘23.6)에서는 7대 추진방향 중 양자인력 확보를 최우선으로 두고 있다. 양자과학기술 인재 양성으로 ‘27년 700명(누적), ’35년 2,500명(누적) 목표로 하고 있으며, 엔지니어링 인력을 포함하여 ‘35년까지 약 1만 명의 양자 분야 종사자를 육성할 계획이다.

다양한 큐빗 플랫폼 기술 간 경쟁 중, 향후 발전 양상에 따라 무빙타겟 전략으로 선택과 집중 필요

양자컴퓨팅 기술은 ’30년 후반에 본격 상용화가 예상되며, 다양한 양자컴퓨팅 후보기술(플랫폼) 간에 경쟁 중이다. 현재는 초전도 방식과 이온트랩 방식이 기술적으로 앞서 있으나, 향후 기술발전 양상에 따라 주도 방식이 바뀔 가능성이 있다. ‘30년대 오류 내성을 갖는 범용 양자컴퓨터가 개발되기 전까지는 오류를 포함한 중간규모 양자컴퓨터(NISQ)를 활용하는 혁신서비스 중심의 발전 가능성이 크다.

양자통신은 현재는 양자암호키를 전송하는 양자암호통신의 고도화 단계에 있다. 향후 단계적으로는 양자얽힘이 준비된 종단 간 양자정보를 교환하는 얽힘전송, 양자메모리 기반의 경로설정이 가능한 메모리 기반 양자중계기, 네트워크 전달과정에서 발생하는 오류보정이 가능한 에러정정 네트워크를 거쳐, 궁극적으로 양자기기 간 양자정보 전송이 가능한 양자 네트워크(양자인터넷)로 발전이 예상된다.

양자센싱은 양자 관성, 시간·주파수, 전자기장, 양자광학·계측 등 4대 플랫폼별 고전 센서의 한계를 극복하고, 성능을 극대화하는 방향으로 기술이 발전되고 있다. 현재는 양자 관성, 자기장, 이미징 센서 위주로 정밀도·분해능 향상, 상온 동작 등 기술적 난제 해소에 주력하고 있으며, 실험실 단계에서 입증된 센서 중 실제 응용이 가능할 수 있도록 SWaP-C(크기, 무게, 전력소모) 최적화를 연구 중이다.
 

양자경제 선도국을 향한 우리의 도전

양자기술은 아직 Dominant Design 등장 이전으로 추격 기회는 열려있다. 국가적 역량을 결집하여 대한민국이 양자경제 강국으로 한 단계 도약할 수 있는 대규모 Flagship project 추진이 절실한 시점이다.

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