20년 걸린다는 젠슨 황 틀렸다?…작동방식 경쟁에 상용화 가속 붙는 양자컴... > IT/과학기사 | it/science

주류였던 초전도·이온트랩과 달리
위상 물질로 큐비트 구현해낸 MS
작동 원리 플랫폼별 장단점 제각각
연구 아닌 상용, 빠르면 내년 목표

멀고도 생소하게만 느껴졌던 양자컴퓨터의 상용화 시기가 가까워지고 있다. 작동 원리를 둘러싼 경쟁 덕에 기술 진보에 가속이 붙었기 때문이다. 이 속도라면 유용한 양자컴퓨터 도입 시기는 지난달 소비자 정보기술IT·가전 전시회 CES 2025에서 젠슨 황 엔비디아 최고경영자CEO가 전망한 "20년 뒤"가 아니라 5년 후로까지 당겨질 수 있다는 예상이 나온다.

양자기술의 획기적 진보는 지난 19일현지시간 미국 마이크로소프트MS가 세계 최초로 위상 초전도체를 사용한 양자컴퓨팅 칩 마요라나1을 개발했다고 발표하면서 확인됐다. 이는 지금까지 주류를 형성해온 양자컴퓨팅 원리와 다른 새로운 기술로 평가받는다. 전문가들은 그간 이론적으로만 가능성이 제기돼온 기술까지 구현된 만큼, 앞으로 최초 상용화 타이틀을 둘러싼 경쟁이 더 치열해질 것으로 내다보고 있다.

완벽한 큐비트?... "아직은 초기 단계"

양자컴퓨터의 성능은 큐비트를 얼마나 많이, 잘 만드느냐에 좌우된다. 연산의 기본 단위인 큐비트는 일반 컴퓨터의 비트에 해당한다. 양자 특유의 상태를 오래 유지하면서 여러 큐비트를 잘 나열해 붙이는 방식이 양자컴퓨터 제작의 핵심 기술력이다. 정보를 0 또는 1로 표현해 순차적으로 처리하는 일반 컴퓨터와 양자컴퓨터는 중첩과 얽힘 같은 독특한 상태의 큐비트로 압도적인 연산 속도를 낼 수 있다.

마요라나1의 큐비트는 그간 이론적으로는 완벽에 가까웠던 위상 초전도체로 만들어졌다. 위상 초전도체는 빛이나 온도 변화를 비롯한 어떤 상황에서도 특성이 변하지 않기 때문에 이를 이용한 양자컴퓨터는 오류가 극히 적다. MS는 마요라나1에 큐비트 8개가 들어갔고, 향후 100만 개까지 늘려 수년 내에 상용화하겠다고 밝혔다. 한상욱 한국과학기술연구원KIST 책임연구원은 "위상 초전도체는 가장 완벽한 큐비트로 알려져 왔지만, 관련 논문이 철회되는 등 구현이 어렵다는 게 중론이었다"며 "마요라나1은 아직 초기 단계이니 경쟁력이 있을지 검증이 필요하다"고 분석했다.

슈퍼컴 대체 시점이 상용화 기준

지금까지 큐비트 제작 방식은 초전도와 이온트랩이 주류를 형성해왔다. 기존 반도체에서도 쓰이는 초전도 회로를 활용한 초전도 양자컴퓨터는 가장 성숙한 기술로 평가된다. 구글, IBM 같은 양자컴퓨터 선두주자들이 택한 방식인데, 거대한 냉각장치를 연결해 극저온 상태를 유지해야 하는 게 특징이다. 지난해 구글은 이 방식으로 오류를 대폭 개선한 새 양자컴퓨팅 칩 윌로우를 선보였다. 슈퍼컴퓨터가 10자 년10의 24제곱 걸리는 계산을 단 5분 만에 처리해, 특정 연산에선 이미 슈퍼컴퓨터 성능을 능가했다. 빠르면 2026년, 늦어도 2027년 상용화가 목표다.

이온트랩은 이온원자가 전하를 띠는 상태을 레이저로 포박해 큐비트를 만드는 방식이다. 초저온이 필요 없고 연산 신뢰도가 높지만, 큐비트 규모를 확대하는 게 어렵다. 이 방식 선두주자로 꼽히는 미국 스타트업 아이온큐는 상용화 시점을 2027년으로 잡고 있다.

이 밖에도 광자, 중성 원자, 전자 스핀 등 여러 방식을 이용한 큐비트가 개발되고 있는데, 각 플랫폼별 장단점이 뚜렷하다. 장일룡 한국표준과학연구원 양자국가기술전략센터 책임연구원은 "여러 큐비트 플랫폼 중 어느 하나가 우위에 있다고 볼 수 없을 만큼 치열하게 경쟁 중"이라며 "현재는 큐비트 규모를 늘리는 것보다 오류를 저감하는 방향으로 기술이 개발되고 있다"고 설명했다.

양자컴퓨터는 연구 목적으론 이미 클라우드를 통해 쓰이고 있다. 상용화의 기준을 전문가들은 인공지능AI, 신약, 기후예측 등에 쓰이는 슈퍼컴퓨터를 대체할 시점으로 본다. 안도열 서울시립대 전자전기컴퓨터공학과 교수는 "슈퍼컴퓨터와 비교해 특정 영역에서 우위의 활용도를 보이는 양자컴퓨터 플랫폼이 선두주자이자 표준 양식을 따낼 가능성이 높다"고 예상했다.

이재명 기자 nowlight@hankookilbo.com

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