한국 양자기술 혁신의 현재와 미래: 투자 부족 문제와 정책 방향

1. 요약

• 한국의 양자기술 투자 현황은 현재 세계 주요 국가들과 비교할 때 상당히 미흡한 수준에 머물러 있습니다. 양자기술은 양자 컴퓨터, 양자 통신, 양자 센싱 등의 분야에서 혁신적인 발전을 가능하게 하는 기술로, 정보의 기본 단위인 큐비트를 활용하여 기존 컴퓨터보다 수천 배 빠른 연산 성능을 기대할 수 있습니다. 이러한 기술은 다양한 산업 분야에 긍정적인 영향을 미치며, 향후 10년 안에 국가의 산업 경쟁력에 중대한 역할을 할 것으로 예상됩니다. 이에 따라 많은 국가들이 양자기술에 대한 연구와 투자를 적극적으로 확대하고 있는 반면, 한국은 상대적으로 긴급한 투자 필요성을 느끼고 있습니다.

• 2024년에 발표된 한국 정부의 '퀀텀 이니셔티브'는 양자 기술 강국을 목표로 하는 전략적 계획으로, 총 3조 원의 투자를 통해 연구개발을 촉진하고 국제 경쟁력을 갖춘 양자 생태계를 조성하고자 합니다. 그러나 현재의 투자 수준은 여전히 미국 및 일본과 비교했을 때 부족한 상황이며, 이번 리포트에서는 한국의 양자기술 투자 현황, 정부 정책, 그리고 국제적 경쟁력 분석을 통해 양자기술 강국으로 도약하기 위한 실질적인 방안을 모색합니다. 이 과정에서 양자 기술의 미래 잠재력을 극대화하기 위한 투자 및 정책 방향에 대한 중요한 인사이트가 도출될 것으로 기대됩니다.

2. 양자기술의 중요성과 한국의 투자 현황

• 2-1. 양자기술의 정의와 미래 잠재력

• 양자기술은 고전 물리학의 법칙과는 구별되는 원리를 기반으로 한 기술로, 주로 양자 컴퓨터, 양자 통신, 양자 센싱 등의 분야에서 혁신적인 발전을 기대할 수 있습니다. 양자 컴퓨터는 정보의 기본 단위인 큐비트를 사용하여 데이터를 처리하는 방식으로, 기존의 클래식 컴퓨터보다 수천, 수만 배 빠른 연산 성능을 발휘할 것으로 예측됩니다. 이러한 기술의 발전은 암호 해독, 약물 개발, 기후 변화 모델링 등 다양한 분야에 긍정적인 변화를 가져올 것으로 기대됩니다.

• 양자 기술은 향후 10년 안에 산업 경쟁력을 좌우하는 핵심 요소로 자리매김할 것입니다. 이러한 잠재력 때문에 많은 국가들이 양자 기술에 대한 연구 및 투자를 늘리고 있으며, 한국도 이에 발맞추어 양자 기술 혁신을 위한 정책을 수립하고 있습니다. 양자 기술이 제공하는 가능성은 예를 들어, 신약 개발에서의 비용 절감, 금융 모델링의 혁신, 그리고 정보 보안의 한층 더 견고해짐 등을 통해 국가의 경제 성장에 기여할 수 있습니다.

• 2-2. 한국 정부의 '퀀텀 이니셔티브' 개요

• 한국 정부는 지난 2024년 4월 양자 기술 강국 달성을 위한 '퀀텀 이니셔티브'를 발표했습니다. 이 프로그램은 양자 기술을 국가의 주요 산업으로 발전시키기 위한 전략적 계획으로, 총 3조 원의 투자를 통해 양자 컴퓨터, 양자 통신, 그리고 양자 센싱 기술에 대한 연구개발 환경을 조성하는 데 중점을 두고 있습니다.

• 이니셔티브의 주요 목표는 국제적으로 경쟁력 있는 양자 생태계를 구축하고, 양자 과학 및 기술 인재를 양성하는 것입니다. 또한, 정부는 산학연 협력을 통해 양자 기술의 상용화 및 산업화를 촉진하고, 국내 기업들이 글로벌 양자 기술 시장에 진출할 수 있도록 지원할 계획입니다.

• 특히, 이니셔티브는 양자 통신 분야에서의 국가 인증 제도를 도입하여 안전하고 신뢰할 수 있는 양자 통신 네트워크를 구축하기 위한 노력도 포함되어 있습니다. 이러한 인증 제도는 국제적으로도 경쟁력을 갖춘 기술로 자리잡을 가능성이 큽니다.

• 2-3. 현재 한국의 양자기술 투자 수준

• 현재 한국의 양자 기술에 대한 투자 수준은 비교적 낮은 편입니다. 많은 전문가들은 미국과 일본에 비해 한국이 양자 기술에 대한 투자가 미비하다고 평가하고 있습니다. 미국은 내셔널 퀀텀 이니셔티브를 통해 연간 약 49억 달러(한화 약 6.5조원)의 투자를 하고 있으며, 일본 역시 정부와 민간부문에서 활발히 투자하고 있습니다. 반면 한국은 전체 기술 투자 중 양자 기술에 대한 비율이 낮아, 더 많은 재정적 지원이 필요합니다.

• 한 보고서에 따르면, 한국의 민간 부문에서의 양자 컴퓨팅 분야 투자액이 감소세를 보이고 있으며, 이는 전체 경제 상황과 관련이 있습니다. 그러나 다양한 산업계에서는 양자 기술의 중요성을 인식하고 있고, 이를 기반으로 한 연구개발 및 상용화 노력이 점차 증가하고 있습니다.

• 양자 기술의 발전이 국가의 경쟁력을 좌우할 것이기 때문에, 앞으로의 투자가 더욱 절실하다고 판단됩니다. 정부와 민간 부문 모두 양자 기술에 대한 인식을 개선하고, 장기적인 투자 계획을 수립해야 할 필요성이 있습니다.

3. 양자기술 개발의 난이도와 필요 투자 규모

• 3-1. 양자기술 개발의 고난도 이슈

• 양자기술 개발의 난이도는 기존의 고전 컴퓨팅 기술과 비교했을 때 매우 높습니다. 이 기술은 양자역학의 원리를 기초로 하며, 기존 컴퓨터보다 훨씬 복잡한 물리적 현상들을 제어하고 활용해야 합니다. 예를 들어, 양자 비트(qubit)는 동시에 여러 상태를 가질 수 있는 특성을 가지므로, 이러한 상태를 제어하고 측정하는 과정에서 많은 기술적 도전이 존재합니다.

• 또한, 현재의 양자컴퓨터는 오류율이 낮이지 않는 문제로 인해 실용화에 어려움이 있습니다. 이와 관련하여, 미국의 연구들은 자주 오류 수정 기법들과 함께 개발되고 있으며, 이는 장기적인 비전이 결합된 투자 필요성을 시사합니다. 양자컴퓨터에서의 오류를 줄이는 연구는 필수적이며, 이를 위한 투자 규모는 상당히 클 것으로 예상됩니다.

• 3-2. 대단위 투자의 필요성과 그 원인

• 양자기술 분야는 대단위 투자가 필수적입니다. 특히, 양자컴퓨터, 양자 통신, 양자 센싱 등의 분야에서 상용화를 위해서는 초기 연구개발에서부터 막대한 자본이 필요합니다. 현재, 미국은 양자 기술 분야에 연간 약 49억 달러 (한화 약 6.5조원)를 투자하고 있으며, 이는 기술 개발을 위한 인프라 구축과 인재 양성에 큰 기여를 하고 있습니다.

• 이와 반면, 한국은 양자기술에 대한 투자가 상대적으로 적은 편입니다. 일본의 경우, 국가적으로 양자기술에 대한 지원을 확대하고 있으며, 동경대학교에 대한 42억 엔의 지원은 그 예시입니다. 이러한 상황은 한국이 양자기술 개발에서 뒤처질 가능성을 높이고 있으며, 이를 극복하기 위해서는 대규모 투자가 필수적입니다.

• 3-3. 기술개발 경과 및 국내외 사례 분석

• 한국의 양자기술 개발은 아직 초기 단계에 있으며, 이 분야의 사례들은 프론트라인에서의 도전과제를 보여줍니다. 예를 들어, IDQ는 세계 최초로 양자 난수 생성기를 개발하였으며, SK텔레콤이 이를 상용 제품에 적용하여 200만대 이상의 갤럭시 퀀텀폰 시리즈를 판매한 것이 좋은 사례입니다.

• 이 외에도 IBM의 127 큐빗 양자 컴퓨터가 한국에 설치될 예정이다는 발표가 있었으며, 이는 한국의 연구 및 개발 환경에 긍정적인 영향을 미칠 것으로 예상됩니다. 그러나 아직도 양자소프트웨어, 알고리즘, 미들웨어 등 지원 분야에 대한 전문적인 인프라가 부족한 상황입니다. 이러한 부분 역시 강화되어야 하며 이는 투자의 균형을 맞출 필요가 있음을 시사합니다.

4. 국제적 양자기술 경쟁력 분석

• 4-1. 미국과 영국의 양자기술 통제 정책

• 미국과 영국은 양자기술의 개발 및 상용화에 대한 강력한 통제 정책을 시행하고 있습니다. 미국은 2020년 12월에 발표한 '국가 양자 이니셔티브(NQI)'를 통해 양자 하드웨어, 소프트웨어, 알고리즘, 그리고 응용 프로그램 등 양자 분야 전반에 수십억 달러를 투자하고 있습니다. 이로 인해 미국 내 다수의 스타트업과 기업들이 양자 기술 개발에 몰두하고 있으며, 이는 국제적인 경쟁력을 크게 강화하는 요인이 되고 있습니다.

• 영국은 특히 양자 컴퓨터의 수출 규제에 중점을 두고 있으며, 34큐비트 이상의 양자 시스템의 수출을 금지하는 정책을 시행하고 있습니다. 이러한 통제 정책은 국가 안보와 전략 기술 보호를 위한 조치이며, 양자 기술의 글로벌 경쟁에서 유리한 입지를 확보하기 위한 전략으로 보입니다.

• 4-2. 국제 비교를 통한 한국의 위치 분석

• 한국의 양자기술은 미국과 영국에 비해 상대적으로 뒤처져 있는 실정입니다. 한국 정부는 '퀀텀 이니셔티브'를 통해 양자 분야의 발전을 위해 노력하고 있지만, 미국은 국가 차원에서 수십억 달러를 투자하고 있는 반면 한국의 양자 연구 및 투자 규모는 상대적으로 적습니다. 예를 들어, 한국의 양자 관련 연구기관과 기업들이 양자 센싱, 양자 통신 등에서 국제적으로 인정받고 있는 것에 비해 양자 컴퓨팅 분야에서는 하드웨어와 알고리즘 개발에서 한국이 국제적 경쟁력에서 뒤쳐져 있다고 볼 수 있습니다.

• 2020년 기준 한국의 양자 기술 수준은 상위 국가들, 특히 미국, 영국, 중국에 비해 60-70% 수준으로 평가되어왔습니다. 이는 기술 개발에서의 격차를 보여주며, 향후 한국이 이러한 격차를 줄이고 보다 경쟁력을 갖기 위해서는 더 많은 투자가 필요합니다.

• 4-3. 경쟁 국가의 투자 사례

• 메타의 양자 컴퓨터와 제너럴 일렉트릭(GE), 그리고 IBM과 같은 글로벌 기업들이 자사 연구소에 수십억 달러를 투자하여 경쟁력을 강화하고 있는 모습은 한국의 양자 기술 생태계와의 큰 차이를 보여줍니다. 예를 들어, 미국의 IBM은 현재 서울 송도에 127큐비트 양자 컴퓨터를 설치 중이며, 이는 국내에서 다섯 번째로 설치되는 양자 컴퓨터로 큰 주목을 받고 있습니다.

• 일본의 경우, 경제산업성이 동경대학교에 42억 엔(약 390억원)을 지원하여 양자 기업 컨소시엄을 통한 알고리즘과 응용프로그램 개발을 지원하고 있습니다. 또한, 리켄(RIKEN)에서는 슈퍼컴퓨터 '후가쿠'와 양자 컴퓨터를 통합하여 새로운 양자 중심의 컴퓨팅 플랫폼을 개발하는 프로젝트도 진행하고 있습니다. 이러한 사례는 다른 국가들이 양자 기술 개발에서 어떻게 큰 투자를 하고 있는지를 보여줍니다.

5. 한국 양자기술 혁신을 위한 정책 방향

• 5-1. 정부의 '퀀텀 이니셔티브'와 그 의미

• 한국 정부는 양자기술을 미래의 핵심 기술로 꼽고, 이를 통해 국제적 경쟁력을 확보하기 위한 '퀀텀 이니셔티브'를 발표하였습니다. 이 이니셔티브는 양자시장을 선도하고, 양자기술 개발과 상용화를 촉진하기 위한 포괄적이고 지속가능한 투자 방향을 제시합니다.

• 양자 기술은 컴퓨터, 통신 및 센서 분야에서 혁신을 일으킬 것으로 예측되며, 이러한 기술들은 근본적으로 현재 우리가 사용하고 있는 기술구조를 변화시킬 잠재력을 지니고 있습니다. 예를 들어, 양자 컴퓨터는 특정 문제 해결에서 기존의 고전적 컴퓨터를 초월할 수 있는 '양자 우위'를 이룰 수 있습니다. 이를 위해서는 정부의 전략적인 지원과 함께 민간 기업의 활발한 참여가 요구됩니다.

• 국제적으로도 미국과 영국은 양자 기술 분야에서 활발한 연구와 많은 투자를 진행하고 있으며, 한국도 여기에 발맞춰 나가기 위해 추가적인 정책 개발이 필요합니다.

• 5-2. 전문가 의견을 통한 정책 제언

• 양자 기술 분야의 전문가들 사이에서는 정부의 투자 및 정책 방향이 매우 중요하다는 의견이 일치합니다. 특히, 양자 기술은 개발이 매우 어려우며, 따라서 대단위 투자가 필요하다는 점을 강조하였습니다. 전문가들은 정부가 양자 연구 및 개발 프로그램에 대한 방향성을 명확히 하고, 이를 실현하기 위한 구체적인 예산 할당이 시급하다고 지적합니다.

• 또한, 양자 기술의 초기 개발 단계에서부터 기업들과의 협력을 강화하는 것도 중요합니다. 대학 및 연구소가 민간 부문과 협력하여 연구개발의 효율성을 높여 나가야 하며, 정부는 이를 뒷받침하기 위한 정책적 지원을 해야 합니다. 양자 스타트업에 대한 수요처를 확보하고, 정부 지원금을 통해 초기 시장 진입을 지원해야 합니다.

• 마지막으로, 정부는 양자 기술의 사회적 수용성을 높이기 위해 대중 교육 및 홍보를 강화해야 합니다. 양자 기술이 우리의 삶과 산업에 미치는 영향을 보다 명확히 알리면서 기술 발전을 함께 이끌어 나가는 것이 중요합니다.

• 5-3. HW·SW 투자 균형 맞추기 위한 방안

• 양자 기술 발전을 위해서는 하드웨어(HW)와 소프트웨어(SW) 간의 균형 잡힌 투자가 필수적입니다. 현재 한국의 양자 기술 투자 상황은 하드웨어 중심으로 이루어지고 있지만, 소프트웨어의 개발과 최적화도 동등하게 중요한 분야입니다.

• 따라서, 정부는 양자 소프트웨어 생태계 조성을 위해 소프트웨어 개발에 대한 지원을 확대해야 하며, 민간 기업들이 양자 소프트웨어 및 알고리즘 개발에 참여할 수 있도록 유도해야 합니다. 또한, 양자 컴퓨터의 운영과 활용을 극대화하기 위해선 다양한 응용 분야에서의 소프트웨어 연구가 필요합니다. 예를 들어, 양자 알로리즘이나 양자 암호화 프로토콜 등에서 혁신적인 성과를 극대화하기 위한 연구개발 투자가 있어야 합니다.

• 양자 소프트웨어의 중요성이 커지고 있는 만큼, 정부는 다양한 연구지원 프로그램을 통해 하드웨어와 소프트웨어 간의 시너지를 구축할 수 있는 환경을 조성해야 합니다. 이와 동시에, 소프트웨어의 국제 표준화를 촉진하여 한국의 양자 기술이 글로벌 시장에서 경쟁력을 가질 수 있도록 하는 것도 중요합니다.

결론

• 향후 한국의 양자기술 자립을 위해서는 정부의 적극적인 투자와 정책 강화가 필수적입니다. 한국은 현재의 투자 부족 문제를 해결하고, 양자기술의 발전 가능성을 고려한 정교한 접근이 필요합니다. 이러한 노력은 양자 기술이 제공하는 혁신적인 변화를 조기에 활용하며, 궁극적으로 한국이 글로벌 양자기술 강국으로 자리 잡는 데 매우 중요한 역할을 할 것입니다.

• 특히, 정부는 어떠한 구체적인 방향성을 가지고 양자기술 투자 및 연구개발을 활성화할 것인지에 대한 명확한 계획을 수립해야 하며, 민간 부문과의 협력이 매우 중요합니다. 양자 스타트업과의 협력을 통해 실질적인 연구개발 성과를 도출하고, 전문가들과의 협업을 내용적으로 확장해야 합니다. 또한, 양자 기술의 사회적 수용성을 높인다는 측면에서 대중 교육과 홍보에 대한 필요성 또한 강조되어야 합니다.

• 이와 더불어, 하드웨어와 소프트웨어 투자 간의 균형을 맞추는 것도 중요합니다. 양자 기술의 발전은 단순히 하드웨어의 개발에 그치지 않고, 소프트웨어 생태계 조성과 함께 동반되어야 글로벌 시장에서의 경쟁력을 더욱 높일 수 있습니다. 이를 통해 한국은 양자기술 강국으로 나아갈 수 있는 가능성을 확보할 것입니다.

용어집

• 큐비트 [양자기술]: 양자 컴퓨터에서 정보의 기본 단위로, 기존의 비트와 달리 여러 상태를 동시에 가질 수 있는 특성을 지닌다.

• 퀀텀 이니셔티브 [정책]: 한국 정부가 양자 기술 강국을 목표로 삼고 발표한 전략적 계획으로, 연구개발과 국제 경쟁력 강화를 위해 3조 원을 투자할 예정이다.

• 양자 통신 [양자기술]: 양자역학의 원리를 바탕으로 정보 전송의 안전성을 높이는 기술로, 특히 보안성이 강화된 통신을 가능하게 한다.

• 양자 센싱 [양자기술]: 양자 효과를 활용하여 높은 정확도로 물리량을 측정하는 기술로, 다양한 분야에서 정밀한 데이터 수집이 가능하다.

• 국제적 경쟁력 [경제]: 다른 국가에 비해 특정 분야에서 높거나 우수한 성과를 내며 영향력을 행사는 능력으로, 양자기술 분야에서도 중요하다.

• 양자 우위 [기술]: 양자 컴퓨터가 고전 컴퓨터보다 특정 문제에서 더 빠르고 효율적으로 해결할 수 있는 상태를 의미한다.

• 오류 수정 기법 [양자기술]: 양자 컴퓨터의 연산 과정에서 발생할 수 있는 오류를 줄이기 위해 적용하는 기술적 방법론이다.

• 양자 소프트웨어 [소프트웨어]: 양자 컴퓨터에서 실행될 수 있도록 설계된 소프트웨어로, 양자 알고리즘 및 프로토콜을 포함한다.

출처 문서

• "AI 다음은 양자···한국, 美·日 비해 투자 초라"https://v.daum.net/v/20240913103327013
• "양자컴퓨터 완성되면 기술 오픈 절대 안할 것…HW·SW 투자 균형 맞춰야"https://v.daum.net/v/20240914071449240
• "AI 다음은 양자···한국, 美·日 비해 투자 초라"https://zdnet.co.kr/view/?no=20240912112904