양자 기술: 중국이 '속진 버튼'을 누르면

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최근 몇 년 동안 양자 과학 기술이 무서운 속도로 발전하여, 새로운 과학 기술 혁명과 산업 변혁의 선진 영역이 되었다. 양자 기술을 빨리 발전시키는 것은 질 높은 발전을 촉진하고 국가 안보를 보장하는 데 매우 중요한 역할을 한다.
양자과학은 원자폭탄, 레이저, 자기공명영상 등의 신기술을 잇달아 배출해 20세기 가장 중요한 과학적 발견의 하나로 꼽힌다. 21세기 들어 양자 과학혁명의 제2의 물결이 다가오고 있다.

제2차 양자과학혁명은 양자계산, 양자통신, 양자측량 등 새로운 기술을 탄생시켜 인류가 정보를 얻고 전송하고 처리하는 방식과 능력을 획기적으로 변화시킬 것이다.

양자세계에 대한 인류의 탐구는 단순한 '탐지시대'에서 능동적인 '조제시대'로 나아가고 있다.

발전의 기회를 잡, 중국의 양자 기술의 궐기

양자 과학 기술 분야에서 치열한 경쟁이 전개되고 있다.양자통신, 양자계산, 양자측정…. 이제 양자과학은 전 세계 과학기술대국들이 힘을 집중하는 새로운 과학기술혁명과 산업변혁의 전진기지가 됐다.양자 과학 기술의 발전 기회를 선점하여 중국은 이미 '속진 버튼'을 눌렀다.

중국은 2016년 8월 세계 최초로 자체 개발한 우주양자과학실험위성 묵자호를 발사했다. “네이처” 잡지는 양자통신 분야에서 중국이 불과 10년도 안 되는 짧은 기간에 별 볼일 없는 나라에서 지금의 세계적인 강팀으로 발돋움해 유럽과 북미를 앞설 것이라고 평가했다.

양자통신은 각국에서 우선적으로 발전하는 중점 양자 과학 기술 분야다. 전통적인 통신 방식 중 암호화 방식은 계산의 복잡성에 의존해 도청을 당할 위험이 있다. 반면 양자만의 특성은 복제 불가, 측정 불가 등 선천적인 장점을 지녔다. 양자로 만든 '비밀의 열쇠'는 암호화된 내용이 해독되지 않고 도청자가 '클러스터'를 당할 수밖에 없다. 이에 따라 양자통신은 정보보안 전송의 '보호방패'로 간주돼 암호화된 정보의 '병목'을 푸는 해결책을 마련했다.

양자통신은 각국에서 우선적으로 발전하는 중점 양자 과학 기술 분야다. 전통적인 통신 방식 중 암호화 방식은 계산의 복잡성에 의존해 도청을 당할 위험이 있다. 반면 양자만의 특성은 복제 불가, 측정 불가 등 선천적인 장점을 지녔다. 양자로 만든 '비밀의 열쇠'는 암호화된 내용이 해독되지 않고 도청자가 '클러스터'를 당할 수밖에 없다. 이에 따라 양자통신은 정보보안 전송의 '보호방패'로 간주돼 암호화된 정보의 '병목'을 푸는 해결책을 마련했다.

최근 몇 년 동안 중국의 양자 통신 기술은 여러 가지 돌파적인 진전을 이루었다. 묵자호 발사는 우주를 통한 '양자전밀'을 가능하게 했다. 중국 연구진은 이와 함께 퀀텀 위성을 이용해 세계 최초로 1000km급 별의 양방향 퀀텀을 매달아 배포하는 등 성과도 냈다. 2017년 세계 최초의 양자 간 통신 핵심 통신망인 '경호 간선' 프로젝트가 총기술 검수를 통과했다.

중국 과학자들은 올해도 양자통신 분야에서 많은 성과를 거뒀다.지난 3월 중국과학기술대 판젠웨이(彭建偉)팀 등 연구진은 500㎞급 실제 환경 광섬유의 듀얼 양자키 배포와 위상맞춤 양자키 배포, 전송거리 509㎞로 세계 신기록을 세웠다.

중국 연구진은 지난 5월 국제물리학 권위지 '현대물리리리뷰'에 발표한 논문에서 양자암호의 원리와 이론, 실험기술을 체계적으로 기술해 양자암호의 광범위한 활용과 표준화를 위한 토대를 마련했다.

지난 9월 곽광찬 원사팀은 티리 씨와 동행해 처음으로 고보진도의 32차원 양자 얽힘 현상을 이루며 양자통신의 신뢰도를 현저히 높이며 현재 세계 최고 수준을 자랑하고 있다.퀀텀컴퓨터는 전통적인 컴퓨터에 비해 독특한 장점이 있다. 컴퓨터가 조작하는 퀀텀 수가 많아지면 지수적인 성장으로 컴퓨터의 연산 속도를 높일 수 있는 계산 능력의 잠재력이 매우 크다.

연산 능력이 높아지면서 사회 생활의 여러 분야가 농작물 생산량을 높이고 과학을 지도하는 도시교통계획, 신약 연구개발을 촉진하고 정밀도를 높이는 혁명을 맞을 것으로 기대된다. 전문가들은 양자 계산이 현재 인공지능과 응용 발전을 극대화하고 기초교육을 비롯한 여러 분야를 심도 있게 변화시킬 것이라고 말한다.

최근 양자 계산 분야에서 세계 각 과학기술 선진국들의 군웅들이 쟁탈하고 있다. 구글 연구진은 지난해 10월 네이처지에 양자 패권을 시연해 양자 시스템이 1만 년 걸리는 전통적인 수퍼컴퓨터 작업을 약 200초 만에 해내는 데 성공했다는 논문을 발표했다.

중국은 퀀텀 컴퓨팅 분야에서 전반적으로 선진국과 같은 수준이어서 여러 과학 연구팀이 단계적 성과를 내고 있다. 판젠웨이 같은 학자들은 지난해 말 독일, 네덜란드 과학자들과 협력해 세계 최초로 6060모델의 간섭선로를 20광자로 입력하는 보손 추출 양자 계산을 실현했고, 4대 핵심지표에서 모두 국제기록을 대폭 경신하며 양자 계산 연구의 중요한 목표인 양자 패권 달성에 바짝 다가섰다.

기업 부문에서는 바이두, 알리바바, 텐센트, 화웨이 등 과학기술 기업들이 잇따라 양자산정 연구 계획을 내놓고 있다. 지난 9월 중국 업체가 자체 개발한 6비트 초전도 양자계산 클라우드 플랫폼이 온라인으로 출시되면서 전 세계 이용자들이 중국발 양자계산 서비스를 온라인으로 체험할 수 있게 됐다.

각국의 경쟁 치열, 기술 고지를 쟁탈

 양자 기술 분야에서는 과학기술 자원을 통합하고 이를 돌파하는 데 역량을 집중하는 등 이미 주요 선진국에서 폭넓은 공감대가 형성돼 있다. 미국과 유럽 선진국의 정부, 과학연구기관, 산업자본은 전략 배치를 가속화하고 있으며, 연구개발 투자를 대폭 늘리고 있으며, 양자 기술 분야의 국제 경쟁은 갈수록 격렬해지고 있다.

전 세계의 주요 과학기술 강국이 모두 국가 차원의 양자 정보기술 전략 계획을 내놓았다. 미국은 양자 네트워크를 건설 중이고 영국이 브리스틀 케임브리지 등을 연결하는 양자 네트워크를 구축하고 있으며 싱가포르와 함께 양자 위성 프로젝트를 시작했으며 독일, 프랑스 등 19개 EU 회원국은 향후 10년간 EU 범위의 양자통신 인프라를 개발하고 배치하는 내용의 성명을 채택했다.

유럽에서는 2016년 이미 퀀텀 기술을 새로운 플래그십 프로젝트로 선정해 '제2의 양자 혁명'을 맞고 있다. 독일은 2021년 이 나라 최초의 양자컴퓨터를 건설하고 5~10년 뒤 관련 신기술의 공업용 활용을 추진하겠다고 밝혔다.
미국은 2018년 '국가 양자 행동 법안'을 가동해 양자 기술 연구개발과 응용에 전방위적으로 박차를 가하고 있다. 지난 7월 미 에너지부는 퀀텀인터넷 발전 전략을 발표하면서 미국이 글로벌 퀀텀게임의 선두에 서고 통신의 새 시대를 선도해야 한다고 제안했다. 이어 양자정보기술에 전념하는 연구센터 5개가 생긴다. 최근 국가양자조정실 홈페이지도 개설해 8대 연구 분야를 집중 조명하는 '양자 프런티어 보고서'를 발표했다.

실력을 강화하기 위해 일본 올해의 과학과 기술에 대해 문부 과학성 발표를 대폭 조정을 가속화하 기초 연구와 국제 기술 경쟁이 치열한 최첨단 연구 개발에 힘 쓰고 있다. 앞장전문 기관을 설치해 과학 연구를 추진하고 양자 기술을 포함한 신흥 분야를 통일적으로 관리한다.10월 19일 출시한다고 발표한 것은 일본 도시바를 통해 기존 서비스를 제공하는 광섬유 회선 “양자 암호화 통신”.전용회선을 깔지 않아도 돼 양자 암호화 통신 보급에 도움이 된다.

최근 몇 년 동안 우리나라 과학기술 종사자들은 양자 과학 기술에서 떨쳐 일어나 국제적 영향력을 지닌 중대한 혁신의 성과를 거두었다. 30여 년의 노력 끝에 중국은 국제 양자(퀀텀) 연구 판도의 중요한 역량으로 부상했고, 다양한 전략 방향에서 선두 또는 1진입이 가능해졌다.

넓은 시장 전망과 아름다운 미래

현재로서는 양자 계산이 아직 프로토타입 개발 단계로 기술적으로는 여러 가지 도전에 직면해 있어 기술 성숙까지는 아직 갈 길이 멀지만 일단 기술이 개발되면 시장 전망이 매우 넓어질 것이다. 보스턴컨설팅은 2035년에는 양자계산 시장이 20억 달러에 이를 것으로 예상했다. 2050년에는 시장 규모가 2600억 달러까지 치솟을 것이다.

양자통신 시장은 장기적으로는 인터넷 정보보안, 양자통신 간선, 양자성역망, 금융국방과학교활용 등으로 산업활용 장면이 광범위하다. 양자 간선 및 양자 간 통신망 구축만 따지면 100억 원대에 이를 것으로 예상된다. 장기적으로 국방금융정부 등에서 폭넓게 활용될 것으로 예상되는 양자통신 전체 시장 규모는 1000억을 넘어설 전망이다. 첨견산업연구원에 따르면 2018년 중국 양자통신 업계 시장 규모는 320억 위안 정도이며 2024년에는 912억 위안에 이를 것으로 예상된다.

퀀텀테크놀로지는 바야흐로 산업화 전야에 접어들고 있으며, 산학연들의 협동 혁신을 촉진함으로써 미래에 사람들의 생활에 무한한 가능성을 더해 줄 것이다. 
 
링크:
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