한국표준과학원(KRISS)이 개발 중인 50큐비트 초전도 양자컴퓨터 모형. KRISS 제공.

[편집자주] 신종 코로나바이러스 감염증(COVID-19·코로나19) 사태가 어느 정도 진정세를 보이고 있지만 우리 사회는 일본 후쿠시마 오염수, 기상 재해 등 과학기술과 관련된 이슈가 지속적으로 불거지고 있습니다. 우주개발, 양자컴퓨팅, 챗GPT 등 첨단 과학기술도 어느새 피부로 체감할 정도로 성큼 다가오고 있습니다. 정부는 국가전략기술을 선정하고 과학기술 중심의 패권 경쟁을 선도하겠다고 의지를 보이고 있습니다. 이 과정에서 알려지는 다양한 전문용어는 국민들이 편하게 받아들이기에는 너무 어렵습니다. 동아사이언스는 국어문화원연합회와 수년째 과학기술, 의학 용어에 대한 국민들의 이해를 높이는 방안을 찾는 기획을 진행했습니다. 올해는 정부가 의지를 보이고 있는 국가전략기술 관련 용어들을 들여다보고 국민들의 세금이 투입되는 국가전략기술에 대한 이해를 높이는 기획을 진행합니다.

정부는 범부처 민관합동으로 ‘12대 국가전략기술’ 육성 프로젝트를 준비하고 있지만, 국민들은 첨단 과학기술 용어를 어렵게 느끼고 있다.(관련기사: “처음 들어봐요”…난해한 전략기술 용어, 육성 걸림돌 우려)

양자는 12대 국가전략기술 중 하나다. ‘양자컴퓨팅’, ‘양자통신’, ‘양자센싱’ 등의 세부 중점기술이 있다. 비전문가들에게 익숙하지 않은 용어로 과학기술 육성에 대한 국민 참여도를 높이기 위해선 해당 용어들에 대한 이해가 필요하다는 지적이 나온다.

양자는 물리량이 취할 수 있는 최소량을 의미한다. 물리학에선 상호작용을 할 수 있는 모든 물리적 독립체의 최소단위를 양자라 표현한다. 양자의 다양한 특성은 기존 기술의 한계를 뛰어넘는 양자 기술로 이어진다. 양자 기술의 대표적인 특성으론 원자보다 작은 두 개 이상의 입자가 거리에 무관하게 공동의 통일된 양자상태로 연결되는 현상인 ‘양자 얽힘’, 두 개 이상의 양자 상태가 합쳐진 ‘양자 중첩’ 등이 대표적이다.

● 양자컴퓨팅

양자컴퓨터는 물리적으로 매우 작은 원자나 광자 등에서 나타나는 양자 현상을 정보처리에 직접 이용하는 미래형 컴퓨터다. 현재 디지털컴퓨터는 정보 기본단위를 0과 1로 표현하는 비트(bit)를 쓰는 반면 양자컴퓨터는 양자중첩 현상을 활용해 0과 1이 동시에 처리되는 큐비트(qubit)를 기본 단위로 사용한다. 이를 통해 대량의 병렬연산을 수행해 기존 컴퓨터가 해결할 수 없거나 시간이 오래 걸리는 문제들을 빠르게 해결할 수 있는 성능을 가질 수 있다. 양자컴퓨팅은 양자컴퓨터를 활용한 연산을 말한다.

● 양자통신

양자통신은 빛의 양자 현상을 이용한 통신 기술이다. 기존의 통신 방법과는 달리 정보를 양자 상태의 빛에 입력해 실어 보내며, 양자 물리학 법칙으로 정보가 해킹당하는 것을 원리적으로 차단해 보안이 뛰어나다는 장점이 있다. 암호통신을 위한 암호키를 생성하고 주고받거나, 양자컴퓨터 등의 양자정보처리 장치를 연결하기 위해 사용된다.

● 양자센싱

양자 시스템을 이용해 대상체의 물리적 성질을 분석하거나 감지하고 계측하는 기술이다. 기존 센서가 감지할 수 없는 미세 신호를 양자역학적인 성질을 활용해 더 정확하게 측정할 수 있다. 센서 이미징의 정밀도를 획기적으로 개선한 초정밀 양자센서, 이미징 기술이 개발되면 의료, 국방, 정보통신(IT) 기술 등 다양한 산업 분야에서 폭넓게 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

이승우 한국과학기술연구원(KIST) 양자정보연구단 책임연구원은 “”미래 핵심기술로 주목받는 양자정보처리 분야는 연구개발 단계를 넘고 산업 생태계 조성이 필요한 단계에 접어들었다”며 “산업 초기에는 기술 장점에 대한 과도한 부풀림, 유사기술의 침투, 검증되지 않은 기술의 홍보 등 다양한 문제가 발생할 수 있기 때문에 기술의 정확한 용어, 가능성, 한계 등에 대한 대중 인식의 확산이 필요한 시점이다”라고 말했다.

한편 정부는 양자 분야와 관련해 향후 5년 내 50큐비트급 양자컴퓨터를 구축한다는 계획이다. 반도체 등 첨단산업연계를 통해 초정밀 양자센서 개발에 나선다. 중장기적으론 상용 확장이 용이한 한국형 양자컴퓨팅시스템을 개발한다. 양자정보 전송을 위한 양자중계기와 양자인터넷 기술 개발에도 나선다.