인공지능(AI) 시대 이후 글로벌 패권을 좌우할 차세대 기술로 양자컴퓨팅이 급부상하고 있다. 단순한 기술혁신을 넘어, 산업 전반의 패러다임을 바꾸고 국가 경제와 안보를 결정할 핵심 요소로 떠오르는 추세다. 미국, 중국, 일본, 유럽 등 주요 국가들은 이미 양자컴퓨팅 기술 개발에 막대한 투자를 단행하며 기술 선점을 위한 경쟁을 본격화하고 있다. 한국도 정부에서 주도적으로 양자컴퓨팅 관련 투자와 지원 정책을 제시하며 경쟁에 참여하고 있다. 이와 함께 빠르게 글로벌 경쟁력을 확보하기 위한 전략적 접근이 제시되고 있다.
양자컴퓨팅은 양자 역학의 원리에 기반을 두고 있다. 양자역학은 원자 및 아원자 수준에서 물질과 에너지의 거동을 설명하는 물리학의 기본 이론이다. 이는 미시 세계에 대한 우리의 이해를 변화시켰고, 특히 양자컴퓨팅 분야에서 기술의 상당한 진전을 이룰 수 있는 길을 열었다.
양자역학은 중첩, 얽힘, 파동-입자 이중성과 같은 개념을 도입하여 고전 물리학에서 벗어나고 있는데, 주요 원리는 다음과 같다. 우선 중첩에 대해 알아보면, 양자시스템은 측정될 때까지 동시에 여러 상태로 존재할 수 있는데, 이 원리를 통해 양자컴퓨팅은 여러 계산을 병렬로 수행할 수 있다. 다음은 얽힘으로, 입자는 얽힐 수 있으며, 즉 거리에 상관없이 입자의 한 상태가 입자의 다른 상태에 즉시 영향을 미치는데, 이 속성은 양자 정보 처리에 필수적이다. 파동-입자 이중성은 전자와 같은 입자는 파동과 입자의 특성을 모두 나타내며, 이 이중성은 양자 행동의 기초를 형성한다는 개념이다. 이러한 원리는 양자시스템이 고전적인 계산 능력을 뛰어넘을 수 있게 하며, 알고리즘 성능과 문제 해결에 혁신적인 발전의 잠재력을 제공한다.
이러한 양자역학에 기반을 둔 양자컴퓨팅은 중첩으로 인해 0과 1을 동시에 나타낼 수 있는 양자비트, 즉 큐비트를 사용한다. 이 기능을 통해 양자컴퓨팅은 고전적인 컴퓨팅보다 복잡한 문제를 더 효율적으로 해결할 수 있다. 양자 기술의 계산 능력을 설명하기 위해 양자컴퓨팅의 특성을 살펴보면, 첫째, 병렬성인데, 양자컴퓨팅은 여러 솔루션을 한 번에 탐색하여 특히 최적화 및 암호화에서 문제 해결 프로세스를 크게 가속화 할 수 있다. 다음은 양자 알고리즘으로 인수 분해를 위한 쇼어 알고리즘과 데이터베이스 검색을 위한 그로버 알고리즘과 같은 알고리즘은 고전적인 알고리즘보다 기하급수적으로 속도가 빨라진다. 마지막으로 오류 수정인데, 큐비트의 취약한 특성을 감안할 때 양자계산의 신뢰성을 보장하는 데 양자 오류 수정이 매우 중요하다.
울산 산업에서의 양자컴퓨팅의 응용 분야에 대해 살펴보면, 한국의 주요 산업 도시로 알려진 울산은 자동차, 조선, 석유화학을 포함한 다양한 산업의 본거지로서, 이러한 산업에 양자컴퓨팅을 활용하면 상당한 발전이 있을 것으로 기대된다. 자동차 산업에서는 물류 및 재고 관리를 최적화하여 비용을 절감하고 효율성을 개선할 수 있는 양자 알고리즘으로 공급망 최적화와, 향상된 자율주행과 장애물 감지에 사용되는 머신러닝 알고리즘을 개선하는 자율주행에 효율적이다.
조선 산업에서는 유체 역학 및 재료의 복잡한 시뮬레이션을 처리하여 보다 혁신적이고 효율적인 선박 설계로 이어질 수 있는 설계 및 시뮬레이션과, 그리고 조선 산업에서의 방대한 데이터 세트를 분석하여 장비 고장을 예측하여 가동 중지 시간과 유지 관리 비용을 최소화할 수 있는 예측 유지 관리에 효율적이다. 석유화학 산업 부문에서는 분자 상호작용을 정확하게 시뮬레이션하여 최적의 특성을 가진 새로운 소재와 화학 물질을 개발하는 데 도움이 되는 분자 시뮬레이션과, 그리고 복잡한 화학 공정을 분석하여 수율을 높이고 에너지 소비를 줄일 수 있는 공정 최적화에 효율적이다.
양자역학과 양자컴퓨팅은 기술 발전의 최전선에 서서 복잡한 문제에 대한 고유한 솔루션을 제공할 수 있는 기술이다. 울산에서도 양자기술을 기존 산업에 통합하면 혁신과 효율성 개선에 대한 놀라운 잠재력이 있다 하겠다. 양자기술에 대한 연구개발이 진행됨에 따라 울산 산업은 이러한 양자기술의 발전을 활용하여 경제 성장을 촉진하고 글로벌 시장에서 경쟁 우위를 유지할 수 있을 것이다.
구자록 전 울산정보산업진흥원장
