일본산업뉴스요약

Nikkei X-TECH_2021.10.20

닛케이 크로스텍 EXPO 2021 리포트
양자 컴퓨터에 대한 열기가 높아지고 있는 이유
세계 연구개발 동향을 산업기술종합연구소의 가와바타(川畑) 씨가 설명

산업기술종합연구소 신원리(新原理)컴퓨팅연구센터의 가와바타 총괄 연구주간은 10월 19일, ‘양자컴퓨터의 국제적 경쟁 격화, 일본과 해외의 연구개발 동향에 대한 분석’이라는 테마로 온라인에서 개최 중인 ‘닛케이 크로스텍(Nikkei X-TECH) EXPO 2021’에서 강연. 양자컴퓨터를 구성하는 기술과 최신 국내외 연구개발 동향에 대해 설명했다.

“2017년부터 2021년까지 5년 간은 양자컴퓨터에 있어 격동의 해였다”. 가와바타 총괄 연구주간은 양자컴퓨터의 최신 연구개발 동향에 대해 이렇게 말한다. 연구개발의 급속한 진전을 견인한 것이 ‘초전도 양자컴퓨터’라고 한다. 알루미늄 등의 특정 금속이나 물질 등을 극한까지 냉각시킴으로써 전기 저항이 0이 되는 현상이 초전도이다.

초전도 양자비트가 탄생한 것은 1999년. 이바라키(茨城) 현 쓰쿠바(筑波) 시에 있던 NEC의 쓰쿠바연구소에서 탄생했다. 이후 2017년까지 18년 간 세계 최고의 초전도 양자컴퓨터의 집적도는 9큐비트까지 밖에는 성장하지 못했다. 하지만 2017년부터 2018년까지 1년 간 9큐비트에서 72큐비트까지 급격하게 증가했다.

미국의 구글, 인텔, IBM 등의 개발 경쟁을 배경으로 초전도 양자컴퓨터의 집적도가 향상된 것이다. 가와바타 총괄 연구주간은 초전도 양자컴퓨터 집적도의 변화 그래프를 보여주며 “훌륭하게 지수 함수적으로 성장하고 있다. 이러한 트렌드는 무어의 법칙 때와 흡사하다”라고 설명했다.

초전도 양자컴퓨터의 집적도 랭킹(동작)에서는 1위가 IBM의 65큐비트, 2위가 중국 저장(浙江)대학/중국과학기술대학의 62큐비트, 3위가 구글의 53큐비트로 이어진다. 구글의 양자컴퓨터의 경우 구글이 2019년 10월에 ‘양자 초월성’을 실증했다는 논문을 공개해 화제가 되었다.

하지만 가와바타 총괄 연구주간은 현재의 양자컴퓨터에 대해 “아직 장난감 수준”이라고 표현한다. 양자컴퓨터는 화학이나 금융 등의 분야에서 슈퍼컴퓨터가 풀 수 없는 문제를 풀 수 있을 것으로 기대되고 있다. 이런 문제를 풀려면 최소한 100만 큐비트가 필요하다고 한다.

-- 기업의 연구개발이나 국가 프로젝트 진행 --
현재의 집적도 성장을 기반으로 예측하면, 2035년에는 100만 큐비트에 도달한다는 계산이 나온다. 그 달성을 위해 현재, 기업의 연구개발 및 국가 프로젝트가 추진되고 있다. EU, 영국, 미국, 일본 등은 수백억~수천 천억엔 규모의 예산을 투입하고 있다. 가와바타 총괄 연구주간은 ‘특히 주목해야 할 곳은 중국’이라고 말한다. 중국이 수십 조엔 규모를 투자하고 있다는 예측이 있다.

일본에서는 2020년 1월, 내각부가 양자기술 이노베이션 전략을 책정했다. 가와바타 총괄 연구주간은 “양자 기술을 중요한 연구개발 테마로 선정해, 중점적으로 연구개발을 추진해나가고 있다”라고 설명했다. 이 전략은 기술개발, 국제적 전략, 산업 이노베이션 전략, 지적 재산, 인재 개발 등 5개의 전략을 축으로 하고 있다.

가와바타 총괄 연구주간은 초전도 양자컴퓨터 개발의 과제에 대해서도 설명했다. 전형적인 초전도 큐비트의 사이즈는 1평방 밀리미터 정도. 그 이상의 미세화는 성능 저하 등으로 연결되기 때문에 현재로서는 이 크기가 한계라고 한다. 이 큐비트를 집적화 해나가려면 거대한 냉동기 개발도 불가결하다.

양자컴퓨터 개발 방식은 초전도 방식 외에도 이온트랩, 실리콘 포토닉스, 다이아몬드, 실리콘 게르마늄, 토폴로지컬(Topological) 등이 있다. 대규모화를 목표로 다양한 어프로치를 통해 연구개발이 추진되고 있다.

특히 최근 기술개발이 진행되고 있는 것이 실리콘 양자컴퓨터이다. 실리콘 방식의 경우, 초전도 큐비트보다 높은 온도에서 동작이 가능하다. 초전도 방식보다 콤팩트 해 간이 냉동기로도 충분하다고 알려져 있어, 상용 양자컴퓨터의 선택지로 기대되고 있다고 한다. 현재 인텔 등이 연구개발을 추진하고 있다.

산업계의 기대가 크고, 세계적으로 개발 경쟁이 심화되고 있는 양자컴퓨터이지만, 실현을 위한 과제도 산적해 있다. 가와바타 총괄 연구주간은 이러한 상황을 고려해 “연구개발에 대한 정부 및 기업의 장기적 지원, 산학 제휴가 꼭 필요하다”라고 주장했다.

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