2026년까지 50큐비트(qubit)급 한국형 양자컴퓨터가 개발되고 양자인터넷 구현을 위한 핵심원천기술이 구축된다.

9일 대전 한국표준과학연구원에서 과학기술정보통신부와 한국전자통신연구원(ETRI)을 비롯한 정부출연연구원, 대학 및 등 양자컴퓨팅 분야 협력기업 등 50개가 넘는 기관들이 참석한 가운데 열린 '50큐비트 양자컴퓨터 구축 및 양자인터넷 개발 착수 보고회'에서 참석자들은 세계 4대 양자강국을 목표로 하는 추진전략을 공유했다.

이날 이종호 과기정통부 장관은 "양자기술은 미래시대 핵심 패권 기술로 산업안보 전반에 걸친 패러다임의 변형을 이끌 것"이라면서 "선도국에 비해 아직 기술수준 낮고 인력규모가 절대적 부족한 만큼 조기에 격차를 해소키 위해선 도전적이고 압축적인 연구개발이 필요하다"고 밝혔다.

정부서 제시한 양자기술 4대 강국 실현 전략은 크게 양자컴퓨터 연구인프라 구축과 양자인터넷 핵심원천기술 개발 사업으로 나뉘며 각 분야별 사업단이 이날 공식출범했다.

◆초전도 양자컴퓨팅시스템 연구단

한국표준과학연이 주도하는 양자컴퓨팅시스템 연구단은 오는 2026년까지 50큐비트 한국형 양자컴퓨팅시스템을 구축하게 된다. 예산은 490원이며 올해 100억원이 소요된다.

연구단 이용호 박사(표준연구원)는 "양자컴퓨터는 디지털컴퓨터 대비 1경배 이상 빠른 초고속 연상이 가능해 미래 산업 및 안보생태계의 판도를 바꿀 것"이라며 "자연원리를 규명하고 최적화된 조합 및 경로를 신속히 찾아내 다양한 산업영역에서 혁신을 촉발시킬 것으로 본다"고 양자컴퓨터의 필요성을 강조했다.

연구단은 2단계로 나눠 50큐피트 양자컴퓨터 구축작업을 추진한다. 오는 2024년까지 33개월 간에 걸쳐 진행되는 1단계 사업에서는 20큐비트급 양자컴퓨 구축 및 클라우드 서비스 시연이 목표다.

이어 2025년부터 2026년까지 50큐비트급 양자컴퓨터를 구현해 국내 연구자에게 서비스 제공한다는 계획이다.

연구단은 클라우드, 테스트베드, 양자가상머신 기능 등을 탑재한 초전도 기반의 양자컴퓨팅 시스템을 만들고 이를 위해 대학, 산업계를 포함해 국내 관련 전문가를 동원한다는 방침이다. 초전도 양자컴퓨팅 국제공동연구센터도 설치해 해외 유수기관과의 인력 및 기술교류도 시도한다.

이 박사는 "계획대로 양자컴퓨터 구축사업이 진행되면 2027년부터는 양자볼륨이 대폭 향상된 세계 3위권의 차세대 대규모 양자컴퓨팅 시스템을 개발할 수 있을 것"이라며 "후발주자인 만큼 산학연의 개발자 및 사용자가 함께 유기적인 융합연구가 필요하다"고 말했다.

◆양자인터넷 연구소

양자인터넷 핵심원천기술 개발 사업은 한국전자통신연구원(ETRI)과 한국과학기술연구원(KISI)이 주도하는 '양자인터넷 연구소'에서 맡는다.

주성진 ETRI 양자광학연구실장은 이날 양자인터넷 원친기술개발 사업에 대한 발표를 통해 "양자기기간 정보전송은 기존 네트워크로는 불가능해 양자정보를 전송할 수 있는 얽힘전송, 양자메모리 등 양자인터넷 만의 기술이 필요하다"며 "양자인터넷연구소의 목표는 양자네트워크 활용하는 양자통신, 양자컴퓨터 및 양자센서 성능고도화에 있다"고 소개했다.

이를 위해 양자인터넷연구소는 모두 2026년까지 456억원을 들여 유·무선 양자중계기의 초기 모델을 개발하고 미래 양자중계기 핵심부품인 양자메모리 원천기술 확보에 나선다.

개발할 핵심원천기술은 ▲양자얽힘 분배(100㎞) 핵심기술 ▲양자메모리 ▲유무선 양자중계기 ▲양자메모리 기반 연구 ▲무선양자얽힘전송(1㎞) 등이다.

또 국제공동연구 및 산학연 협력지원, 양자인터넷 백서 발간, 서비스정책 발굴, 양자인터넷기술로드맵 수립, 실용화 인프라 구축도 추진한다.

계획대로 진행될 경우 우리는 양자정보 전달에 필요한 얽힘전송 기술을 개발, 이를 기반으로 메모리없는 유무선 중계기 초기모델을 확보하게 된다. 미래 양자중계기가 양자정보를 저장하고 다중연결(N:N)을 구현키 위해 필요한 핵심부품인 양자메모리의 원천기술도 갖게 된다.

양자인터넷연구소는 2026년까지 초기 시제품을 실증하고 이어 2031년까지 상용망 양자원격전송과 양자메모리 실용화 등을 완료한다는 장기 계획도 갖고 있다.

이날 행사는 사업단별 추진계획 발표 및 현판식에 이어 양자컴퓨터 구축·활용 협력기업 협약식이 진행됐다.

양자컴퓨팅 구축·활용 협력기업은 양자컴퓨팅 하드웨어(HW)개발과 응용 분야 발굴 및 솔루션(SW) 개발, 사용자 확보 등 양자컴퓨팅 생태계 조성을 위해 구성된 산업계 협의체로 모두 34개 기업이 참여 중이며 추가 모집 및 운영체계 마련 등을 거쳐 이달 말 공식 발족을 앞두고 있다.