"우리나라가 양자 기술 분야에서 뒤늦게 시작한 것은 사실입니다. 그러나 우리나라는 세계 최고 수준의 반도체 역량을 가지고 있습니다. 양자란 새로운 전장에서도 충분한 경쟁력을 가질 수 있다고 봅니다."(배경훈 부총리 겸 과학기술정보통신부 장관, 지난 1월 29일 발언 中)

현재 양자컴퓨터 개발 방식은 대표적으로 IBM과 구글이 사용하는 '초전도', 아이온큐의 '이온트랩', 사이퀀텀과 콴델라 등 '광자' 3가지 방식으로 분류된다. 초전도는 미세한 전기 회로에 흐르는 전류의 방향이나 위상을 조절해 큐비트를 만들고, 이온트랩은 전자기장을 이용해 이온을 진공 상태의 공중에 띄워 가두는 방식이다. 또 빛의 최소 단위인 광자를 이용한 방식이 있다.

배경훈 부총리가 우리나라가 양자기술 후발주자임에도 잠재 기술이 충분하다고 시사했다. 그 근거는 반도체 제조 역량이다. 이를 토대로 단숨에 기술 역전을 할 가능성이 있다는 주장이다. 그 이유는 양자 컴퓨터의 기본적인 단위를 뜻하는 큐비트의 난제인 오류 문제를 해결하려면 반도체의 미세공정과 패키징 기술이 필수적이기 때문이다.

구체적으로 양자컴퓨터가 실험실 수준을 넘어 실질적으로 결과값을 도출해 상용화되려면 물리적 큐비트를 집적해야 하는데, 여기에는 제조 공학 기술이 중요하다. 다시 말해 양자컴퓨터의 스케일업은 곧 양자칩의 반도체화 과정인 만큼, 우리나라가 가진 세계적인 반도체 제조 생태계는 강력한 무기가 될 수 있다.

특히 광자 방식은 반도체 칩 위에 광학 회로를 올리는 '실리콘 포토닉스' 기술과 직결돼 있어 한국 반도체 생태계가 즉시 투입될 수 있는 분야로 꼽힌다. 현재 전 세계에서 광자 기반의 양자컴 1위 기업인 미국의 '사이퀀텀'은 AI 반도체 기업 엔비디아와 세계 최대 자산운용사 블랙록으로부터 조단위의 대규모 투자를 받은 이유이기도 하다. 광자 기반 양자컴은 상온에서 큐비트를 구현할 수 있어 초전초 방식처럼 대형 극저온 냉각기가 필요 없다 점도 장점이다.

사이퀀텀은 미국 시카고와 호주 브리즈번을 양대 축으로 대규모 양자 데이터 센터를 건설 중이다. 작년 하반기 착공해 올해 2월 시설 건설 단계에 진입해 내년 완공이 목표다. 이곳에서 미국 내 최초의 100만 큐비트급의 양자컴퓨터를 구동할 계획이다. 연구실 단계를 넘어 실용 수준의 양자컴퓨터 구축을 위한 대규모 인프라 조성과 소프트웨어 생태계를 확장하고 있는 것.

이처럼 광자 기반의 양자컴이 반도체와의 시너지로 개발에 탄력을 받고 있지만, 반도체 강국인 우리나라는 관련 대기업들이 이 시장에 직접 뛰어들지 않고 있다. 뛰어난 반도체 제조 기반을 갖고도 기업들이 투자를 주저하는 사이 개발 골든타임을 놓쳐 기술력이 뒤처질 수 있다는 우려가 제기된다. 정부 관계자는 "현재 반도체 관련 기업들은 탐색이나 연구는 조금 하고 있지만, 아직 사업 영역으로 뛰어들겠다고 선언한 곳은 없다"고 말했다.

손영익 카이스트 교수는 "광자칩에 양자 정보가 돌아다니고 그 위에서 반도체 칩의 전기 디지털 정보가 돌아다닌다"며 "그 두 개가 지속적으로 상호작용을 하는 기본 유닛이 광자 분야"라고 설명했다. 광자 방식의 핵심은 광자칩과 반도체칩이 하나의 보드 위에 물리적으로 결합해 실시간으로 상호작용하는 시스템에 있다는 설명이다.

그는 "우리나라의 반도체 대기업의 역량으로 이 분야에 뛰어들면 당장 광자 기반의 세계 1위 양자컴퓨터 기술을 만들 수가 있다"며 "하지만 이들 기업은 지금 안정적으로 하고 있는 분야만 주력하고 있고, 아직 양자컴퓨터 기술은 모험 분야로 인식해 연구 협력에 크게 관심을 보이지 않고 있는 상황"이라며 아쉬움을 전했다.

유지승 머니투데이방송 MTN 기자