대기업, 정부, 세상 모두가 새롭게 도전하는 양자컴퓨터는 무엇일까? (세상이야기 - 23.05.)

<출처> https://economychosun.com/site/data/html_dir/2022/10/17/2022101700033.html

양자 컴퓨팅이란 무엇인가요?

양자 컴퓨팅은 컴퓨터 과학, 물리학, 수학의 여러 측면으로 이루어진 종합적 분야로서 양자역학을 활용해 기존의 컴퓨터보다 빠르게 복잡한 문제를 해결합니다. 양자 컴퓨팅의 분야에는 하드웨어 연구 및 애플리케이션 개발이 포함됩니다. 양자 컴퓨터는 중첩 및 양자 간섭과 같은 양자역학적 효과를 활용하여 기존의 컴퓨터보다 빠르게 특정 유형의 문제를 해결할 수 있습니다. 양자 컴퓨터가 이런 속도 향상을 제공할 수 있는 애플리케이션으로는 기계 학습(ML), 최적화, 물리 시스템 시뮬레이션 등이 있습니다. 최종 사용 사례로는 금융업의 포트폴리오 최적화, 화학 시스템 시뮬레이션, 현재 시장의 가장 강력한 슈퍼컴퓨터로도 해결할 수 없는 문제 해결 등이 있습니다.

기업들은 양자 컴퓨팅을 어떻게 활용하나요?

ML

기계 학습(ML)은 방대한 양의 데이터를 분석하여 컴퓨터가 더 나은 예측과 결정을 내리는 과정입니다. 양자 컴퓨팅 연구는 정보 처리의 물리적 한계를 연구하고 기초 물리학에서 새로운 장을 열고 있습니다. 이 연구는 화학, 최적화, 분자 시뮬레이션과 같은 많은 과학 및 산업 분야의 발전으로 이어집니다. 또한 금융 서비스가 시장 움직임을 예측하고 제조업이 운영을 개선하는 것은 점점 더 관심의 대상이 되고 있습니다.

최적화

양자 컴퓨팅은 연구 개발, 공급망 최적화 및 생산을 개선할 수 있습니다. 예를 들어 복잡한 공정에서 경로 계획과 같은 요소를 최적화하여 제조 공정 관련 비용을 절감하고 사이클 시간을 단축하기 위해 양자 컴퓨팅을 적용할 수 있습니다. 또 다른 응용 분야는 대출 기관이 자본을 확보하고 금리를 낮추며 상품을 개선할 수 있도록 대출 포트폴리오를 양자 최적화하는 것입니다.

시뮬레이션

시스템을 시뮬레이션하는 데 필요한 계산 작업은 약물 분자 및 물질의 복잡성에 따라 기하급수적으로 확장됩니다. 근사 방법을 사용하더라도 현재 슈퍼컴퓨터는 이러한 시뮬레이션이 요구하는 정확도 수준을 달성할 수 없습니다. 양자 계산은 화학에서 직면한 가장 어려운 계산 문제를 해결할 수 있는 잠재력을 가지고 있으며, 과학계가 오늘날 다루기 힘든 화학 시뮬레이션을 할 수 있게 합니다.

'꿈의 컴퓨터'에 3.5조 베팅…삼성·현대차 다 뛰어들었다.

현대자동차는 지난달부터 수소연료전지 촉매용 물질을 양자컴퓨터를 활용해 찾는 프로젝트를 시작했다. SK텔레콤은 양자 난수생성과 암호통신 기능을 하나의 반도체로 구현한 양자 암호칩을 개발하고 지난달부터 국가정보원 검증 절차에 들어갔다.

11일 한국경제신문 취재를 종합하면 과학기술정보통신부와 삼성전자, 현대차, SK텔레콤, LG전자 등 정부와 민간은 2035년까지 3조5000억원을 양자기술 분야에 투자하는 방안을 추진 중이다. 2019년부터 올해까지 정부가 양자기술에 투자한 금액(2761억원)의 열 배가 넘는다. 양자기술이 인공지능(AI)의 뒤를 잇는 ‘메가트렌드’가 될 것으로 판단한 기업이 앞다퉈 인력과 재원을 투입하고 있다는 것이 관련 업계의 분석이다.

주요 대기업이 시동을 건 양자 관련 연구개발(R&D) 프로젝트는 업종별로 제각각이다. LG전자는 파란색을 내는 OLED(유기발광다이오드) 신물질과 군집(群集) 로봇 내비게이션 연구에 양자컴퓨터를 활용한다. 포스코홀딩스는 배터리용 신물질 등을 찾는 것에 양자컴퓨터를 적용하고 있다. 삼성전자는 양자컴퓨터에 적용할 수 있는 1테라헤르츠(㎔)급 차세대 반도체 소자 개발을 추진 중이다.

 

2035년까지 양자 분야 선도국인 미국의 90%에 해당하는 기술 수준을 갖추겠다는 것이 정부의 설명이다. 양자기술을 활용하는 기업을 1200곳으로 늘리고 박사급 전문가 2000명을 육성하는 것을 골자로 한 세부 계획도 마련했다. 현재 1%대에 불과한 세계 양자 시장 점유율을 7.3%(4위)까지 끌어올리는 게 최종 목표다.

과기정통부 고위 관계자는 “양자기술은 정부와 기업이 함께 뛰는 이인삼각 경기”라며 “인력 양성과 기술 개발, 시장 창출 등을 위해 기업들과 보조를 맞출 것”이라고 말했다.

현대의 수소차와 양자컴퓨터

수소차 분야에서 현대차의 고민은 비싼 촉매다. 수소차는 금속 촉매를 이용해 수소와 산소를 반응시켜 전기를 만든 뒤 모터를 돌린다. 현재 사용하는 촉매는 ㎏당 약 5000만원에 달하는 귀금속인 백금이다.

현대차 고위 관계자는 11일 “수소차 연료전지 촉매인 백금을 대체할 값싼 물질로 무엇이 있을지 찾는 양자컴퓨터 알고리즘을 지난달 개발했다”고 말했다. 가격이 저렴하면서도 같은 양의 수소를 이용했을 때 더 빨리, 더 많은 전기를 만드는 촉매를 찾는 것이 목표다. 이 프로젝트를 위해 현대차에는 현재 10명 이상의 양자기술 전문가가 일하고 있다.

현대차는 미국 뉴욕증권거래소(NYSE)에 상장한 양자컴퓨터 기업인 아이온큐와 협업하고 있다. 현대차가 ‘촉매 반응 에너지 양자컴퓨팅 알고리즘’을 개발해 아이온큐에 전달하면 아이온큐가 이를 양자컴퓨터에 돌려본 뒤 결과를 검토하는 식이다.

현재는 원자 하나로 구성된 물질인 ‘단원자 분자’를 분석하는 초기 단계다. 시간과 경험이 쌓이면 슈퍼컴퓨터를 활용해 신물질을 찾는 것보다 더 많은 촉매 후보물질을 검토할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

SK 텔레콤과 양자컴퓨터

SK텔레콤이 삼성전자와 협업해 만든 갤럭시 퀀텀 시리즈는 2021년 출시 이후 현재까지 100만 대 이상 팔린 스테디셀러다. 통신사 전용폰 중 가격 대비 성능이 가장 뛰어나다는 평가를 받는다. SK텔레콤이 개발한 양자난수생성 칩(QRNG)을 장착했다는 점이 이 제품이 인기를 끄는 배경으로 꼽힌다. QRNG를 활용하면 개인정보 유출 가능성을 낮출 수 있다.

이 회사는 양자난수생성 칩과 암호통신용 칩을 하나의 반도체로 합친 양자암호 칩 ‘Q-KEV7’을 작년 말 추가로 개발했다. 지난달 3일부터는 국가정보원 암호모듈 검증 절차를 밟고 있다. SK텔레콤 고위 관계자는 “양자암호통신이 적용되면 데이터를 도·감청하더라도 절대 내용을 풀 수 없다”며 “국정원의 암호모듈 검증 절차를 통과한 뒤 금융기관이나 국가기간통신망 등에 양자암호통신을 적용하는 프로젝트에 도전할 것”이라고 말했다.

통신망 전체에 걸쳐 양자암호통신을 적용하기 위해 설치해야 하는 양자암호키 생성기의 단가를 낮추는 것은 숙제다. SK텔레콤은 양자암호키 생성기의 가격을 현재 개당 3억원에서 1억원 이하로 떨어뜨리는 것을 목표로 삼고 있다.

양자컴퓨터 연구

삼성전자는 SAIT(옛 삼성종합기술원)를 중심으로 양자기술을 연구하고 있다. 1㎔(테라헤르츠)급 극초고주파·초저전력 차세대 반도체 소자를 개발해 양자컴퓨터에 적용할 예정이다. 양자통신용 빛(광원)을 상온에서 구현하는 연구도 추진하고 있다. 최근 출시된 갤럭시Z 폴드4에는 최소한의 전력 소비로 실시간 이미지 복원을 가능하게 하는 첨단 양자화 기술도 적용했다.

LG전자는 구글, 서울대 등과 협업하며 전자제품의 에너지 효율을 개선하는 등의 실용적인 문제를 해결하기 위해 양자컴퓨팅을 연구하고 있다. 양자 인터넷 원천기술 개발도 작년부터 시작했다. 포스코는 2차전지 양극재 등에 적용할 수 있는 후보물질을 찾고 있다.

정부와 대학, 출연 연구소는 기업이 양자기술을 다양한 분야에 응용할 수 있도록 원천기술 연구에 집중할 예정이다. 우선 2030년대 초까지 1000큐비트급 양자컴퓨터 개발을 지원하기로 했다. 전국에 양자통신망을 구축한다는 계획도 세웠다. 2030년대 중반 양자 인터넷을 상용화한다는 목표로 100㎞ 양자 네트워크 개발 및 실증, 500㎞ 전국망급 유선 양자암호통신 구현 등의 프로젝트를 단계적으로 추진할 예정이다. 양자 센서는 2027년 바이오, 2031년 국방, 2035년 전 산업 분야에 활용할 수 있는 원천기술을 확보하는 것을 목표로 하고 있다.

https://aws.amazon.com/ko/what-is/quantum-computing/

양자 컴퓨팅이란 무엇인가요? - 양자 컴퓨팅 설명 - AWS

https://www.hankyung.com/it/article/2023051193621

[단독] '꿈의 컴퓨터'에 3.5조 베팅…삼성·현대차 다 뛰어들었다