일본산업뉴스요약

양자 활용의 5가지 사례
혼다는 신소재 고속 개발, 시오노기제약은 신약 개발 1부

양자컴퓨터의 산업 응용이 눈앞으로 다가오고 있다. 기업들이 양자컴퓨터의 뛰어난 계산 능력을 활용해 제품 설계나 신소재 개발을 고속화·고정밀화해 경쟁력 향상을 도모하려 하고 있다. 닛산자동차(日産自動車), 혼다기술연구소(本田技術研究所), 시오노기제약(塩野義製薬) 등, 자사 비즈니스에 양자 계산 적용을 추진하고 있는 5가지 사례를 소개한다.

-- 유스케이스 발표 잇따라 --
6월 4~5일에 도쿄 도내에서 개최된 양자컴퓨터 국제회의 'Q2B 2026 Tokyo'에서는 제조업, 제약, 금융, 통신 등 다양한 분야에서 양자 기술을 적용한 유스케이스가 소개되었다.

행사 첫날, 양자기술 기반 신산업창출협의회(Q-STAR)의 대표이사이자 도시바의 대표이사 겸 CEO인 시마다(島田) 씨는 "비즈니스 현장에서 양자 기술을 활용하는 사례가 늘고 있지만, 여전히 많은 사람들이 미래에 어떤 기회가 있는지 깨닫지 못하고 있다"라며 업종 간 협력을 강조했다.

경제산업성 산업기술환경국 총무과의 사토(佐藤) 씨는 “일본 정부가 양자 기술과 민간 비즈니스를 연결해 실용화를 촉진하기 위한 투자로 지난 2년간 약 2,000억 엔을 계상했다”라고 설명했다. 정부가 중점 산업 및 투자 영역의 17개 전략 분야 중 하나로 양자를 선정함으로써 향후 산업 확대에 대한 기대감이 높아지고 있다.

-- (1)닛산자동차, 양자 CAE로 공력 해석을 고속화 --
닛산자동차는 차량 설계에 필수인 CAE(Computer Aided Engineering)에 양자 기술을 응용하고 있다. 유체 해석에 사용되는 양자 CAE의 알고리즘을 Quemix(도쿄)와 공동으로 개발했다. 양 사는 지금까지 어렵다고 여겨져 온 복잡한 형상의 공력 시뮬레이션에 양자 계산을 적용하는 데 성공, 개발 기간 단축의 길을 열었다.

이번 공동 연구는 양자컴퓨터가 차량 설계에 응용될 수 있는 가능성을 제시했다. 양자와 고전이 결합된 알고리즘을 구축함으로써 양자 CAE 알고리즘의 회로 깊이를 기존 대비 약 50만 분의 1로 줄일 수 있었다. 양자컴퓨터로 유체 시뮬레이션을 고속으로 실시할 수 있게 된다면, 차량 개발에 소요되는 시간을 대폭 줄일 수 있다. 지금까지1개의 계산에 하루가 걸리던 차량 공력 시뮬레이션이 향후에는 수 분으로 단축될 가능성이 있다.

닛산자동차 종합연구소 첨단재료·요소기술연구소의 우치무라(內村) 주임연구원은 "실용화까지 과제가 남아 있지만, 첫발을 내디뎠다"라고 말했다. 이번에 달성한 것은 2차원 시뮬레이션 실증이며, 다음 단계로 3차원 입체 데이터 실증을 계획하고 있다고 한다. 우치무라 연구원은 “양자 CAE를 열이나 음향 설계에도 응용할 수 있다"라며 기대감을 나타냈다.

-- (2)혼다기술연구소, 양자 DFT로 재료 계산을 고속화 --
혼다의 연구개발 부문인 혼다기술연구소는 Quemix와 공동으로 재료 계산을 고속화하는 양자 알고리즘을 개발했다. 고전 컴퓨터로는 처리할 수 없는 대규모 재료 계산을 양자컴퓨터를 사용하면 고속으로 풀 수 있어 신소재 개발을 가속화할 수 있을 것으로 전망된다. 공동 연구에서는 재료의 전기적 성질이나 약의 결정 구조 안정성 예측을 기존의 계산 방식과 동등한 수준의 정밀도로 재현했다.

양사가 개발한 것은 광범위한 재료 계산에 적용이 가능한 밀도범함수이론(Density Functional Theory, DFT) 계산을 비약적으로 고속화하는 양자 알고리즘이다. 양자 DFT 계산의 유효성을 입증한 것은 세계 최초라고 한다. 계산 규모가 커질수록 기존 방식 대비 지수함수적으로 계산 시간을 단축할 수 있다는 것을 에뮬레이터 상에서 확인했다. 알고리즘에 특수한 함수를 도입함으로써 DFT 계산에 포함된 비선형 연산을 양자 회로에 효과적으로 반영했다.

혼다기술연구소의 오카야마(岡山) 치프 엔지니어는 지금까지 재료 계산을 진행하는 과정에서 “고전 컴퓨터로는 계산 규모 측면에서 부족한 경우가 있었다"라고 말하며 “양자컴퓨터로 DFT 계산을 빠르게 실행할 수 있게 되면 보다 큰 규모의 재료 계산에 사용할 수 있을 것"이라고 기대감을 나타냈다.

-- (3)덴소, 배터리 및 촉매 개발에 도움이 되는 양자 MD --
덴소는 양자 MD(분자동역학) 계산의 연구 성과를 발표했다. 분자의 움직임을 양자 계산으로 시뮬레이션하는 기술로, 고체 표면에서의 촉매 반응 예측과 재료의 열화(劣化) 예측으로 이어진다. 차세대 배터리나 촉매, 의약품에 사용할 수 있는 신소재 개발 기간 단축과 원자 수준의 해석, 환경 부담을 줄인 화학 제품 제조에 기여할 것으로 덴소는 기대하고 있다.

덴소는 Quemix와 양자 MD 계산 알고리즘을 공동 개발했다. 고전적 계산으로는 놓칠 수 있는 희귀 반응까지 포함해 물성의 양과 화학 상태를 예측할 수 있다. Q2B 2026 Tokyo에서 덴소는 수소 원자 간 결합해 수소 분자가 되는 반응을 시뮬레이션하여 수소 분자의 해리와 같은 희귀 사례를 포함한 정확한 화학 상태를 예측하는 모습을 공개했다.

덴소 첨단기술연구소의 이토(伊藤) 소장은 “양자컴퓨터가 실용화된 시대에 사람과 지구를 위한 최적해를 도출하여 실행해 나가고 싶다"라고 말했다. 이러한 비전을 실현하기 위해 덴소는 유저 관점의 유스케이스를 탐색하여 2028년경부터 산업 활용으로 이어나갈 계획이다.
 

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