노벨상도 주목한 양자 기술···100년 양자 산업화 시동

[미래기술①]2025년 노벨물리학상 수상으로 재조명
AI를 위한 양자, 양자를 위한 AI…상호보완적 진화
“AI가 양자 연산 가속, 양자는 AI의 다음 도약 이끈다”

[이데일리 강민구 기자]‘얽힘’과 ‘중첩’ 개념을 활용하는 양자기술이 이론적 연구 단계를 넘어 산업 현장에 적용되기 시작하면서, 경제·사회 전반의 기술 패러다임 변화를 이끌 잠재적 대안으로 주목받고 있습니다. 특히 인공지능 기술이 고도화될수록 GPU 중심의 고전력 연산 구조가 한계에 직면할 수 있다는 지적이 나오면서, 이를 보완하거나 대체할 수 있는 기술로서 양자기술에 대한 관심이 커지고 있습니다. -편집자주-

2025년 노벨물리학상은 양자컴퓨터 등 미래 기술의 토대를 마련한 존 클라크, 미셸 드보레, 존 마르티니스에게 돌아갔습니다. 상징성이 크지요. 이들은 양자 현상이 거시적 전자회로 환경에서도 구현될 수 있음을 입증하며, 양자기술이 산업으로 확장될 수 있는 기반을 닦았다는 평가를 받았습니다.

‘중첩’과 ‘얽힘’을 활용하는 양자기술은 이론을 넘어 실제 산업에 적용되고 있습니다. 미국과 중국, 일본 등 주요 국가는 양자산업을 국가 전략으로 육성 중이며, 구글·IBM 등 글로벌 기업들도 기술 개발에 속도를 내고 있죠. 양자기술 주도권을 둘러싼 경쟁이 본격화되고 있는 셈입니다.

[이데일리 이미나 기자]

1925년은 양자역학의 기초가 확립된 해입니다. 독일의 베르너 하이젠베르크는 불확정성 원리로 이어지는 ‘행렬역학’을 제시했고, 오스트리아의 에르빈 슈뢰딩거는 ‘슈뢰딩거 방정식’을 완성하며 이론적 틀을 정립했지요.

양자역학은 원자와 아원자 수준에서 물질과 에너지의 거동을 설명하는 물리학입니다. 중첩과 얽힘 같은 원리를 활용하면 기존 기술로는 불가능했던 연산과 기능 구현이 가능해집니다.

이후 100여 년간 연구가 축적되며 나노 단위 제어 기술이 발전했고, 양자 특성은 점차 경제적 가치로 연결되고 있지요. 글로벌 컨소시엄 QED-C의 ‘세계 양자 산업 현황 보고서(2025년)’에 따르면 양자 컴퓨팅 산업은 연간 10억 달러 이상의 매출을 창출하고 있으며, 약 20만 명이 관련 분야에 종사하고 있습니다. 아직 초기 단계이지만 각국의 연구개발 투자와 AI와의 결합을 통해 실질적 응용을 향한 접근이 빠르게 진행 중입

[이데일리 이미나 기자]

◇노벨위원회가 주목한 양자기술

양자기술의 산업적 파급력이 커지자 노벨위원회도 지속적으로 주목해왔습니다. 2022년 노벨물리학상은 양자 얽힘 이론과 실험을 개척한 알랭 아스페, 존 클라우저, 안톤 차일링거에게 수여됐습니다.

3년 뒤인 2025년에는 양자컴퓨터의 산업 응용 기반을 마련한 연구자들이 다시 수상자로 선정됐습니다. 이들이 기여한 양자컴퓨터는 기존 컴퓨터 대비 압도적인 연산 성능을 갖춘 것으로 평가됩니다.

이 기술은 컴퓨팅을 넘어 센싱과 통신 등 다양한 분야로 확산되고 있습니다. 양자 특성을 활용하면 슈퍼컴퓨터로 수십만 년이 걸리는 연산을 극적으로 단축할 수 있으며, 에너지 효율도 대폭 개선될 수 있다는 분석이 나옵니다.

보안 측면에서도 강점이 뚜렷합니다. 외부에서 도청이나 해킹을 시도하면 신호 체계가 즉시 붕괴돼 침입을 감지할 수 있습니다. 무작위 암호화 특성으로 인해 차세대 통신 환경에서 핵심 보안 기술로 주목받습니다.

이 같은 성능은 양자 고유의 연산 방식에서 나옵니다. 기존 컴퓨터가 0과 1의 비트 기반이라면, 양자컴퓨터는 중첩과 얽힘을 활용해 훨씬 복잡한 연산을 병렬적으로 수행할 수 있습니다.

[이데일리 이미나 기자]

AI를 위한 양자, 양자를 위한 AI

양자기술은 미래 산업 전반을 재편할 잠재력을 지닌 기술로 평가됩니다. 초고속 연산이 가능해지면 배터리 소재 개발, 신약 설계, AI 고도화, 금융 상품 설계 등 다양한 분야에서 혁신이 가능해지요.

특히 양자기술과 AI는 상호보완적 관계에 있습니다. 양자기술 상용화에 필요한 복잡한 계산과 최적화 과정은 AI가 가속할 수 있고, 양자정보기술은 장기적으로 AI의 계산 한계를 넘어설 가능성을 지니고 있습니다.

김재완 한국표준과학연구원 국가특임연구원은 “2024년에는 AI 관련 연구자들이 노벨상을 받았고, 2025년에는 양자 연구자들이 수상했다”며 “미국과 유럽에서는 이미 ‘AI를 위한 양자’라는 개념이 논의되고 있으며, 양자기술의 진전이 AI의 다음 도약을 이끌 수 있을 것”이라고 말했습니다.