산업기술/제조/경영

닛케이 모노즈쿠리_2025.9월호 (P19~21)

오사카대학 등이 개발한 첫 순수 국산 양자컴퓨터 가동 개시
일본이 수위에 설 수 있을 것

오사카대학 양자정보·양자생명연구센터(QIQB) 등이 개발한 ‘순수 국산’ 양자컴퓨터가 7월 28일에 가동을 개시했다. 계산을 담당하는 양자칩과 제어 장치, 양자 클라우드 소프트웨어 등 주요한 부품 및 소프트웨어가 모두 일본에서 개발된 것으로, 국내 연구 개발력 및 공급망 강화를 목표로 하고 있다. 올 8월에 오사카·간사이 엑스포에서 관람객을 대상으로 공개, 실제 기기를 조작하는 체험 이벤트도 개최되었다.

순수 국산 양자컴퓨터 개발에 참여한 네고로(根來) 교수 및 오사카대학 QIQB의 부센터장은 국내에서 부품을 개발하는 의의에 대해 “부품 업체들과 긴밀하게 연대해 자주 의견을 나눔으로써 미래를 향한 연구 개발을 보다 가속화할 수 있게 되는 것”이라고 설명한다.

양자컴퓨터는 재료 계산이나 기계학습, 소인수분해와 같은 복잡한 문제를 현재의 컴퓨터보다 고속으로 처리할 수 있는 가능성이 있다. 현재, 유스케이스 탐색이 활발히 진행되고 있지만, 실용화를 위해서는 수만~수백만 큐비트와 같은 대규모화가 필요하다고 알려져 있다.

양자컴퓨터의 대규모화에는 각각의 부품의 소형화와 전력의 효율화가 요구된다. 이 때문에 구성 부품을 자국 내에서 개발해 시스템화할 수 있는 기술을 보유하는 것이 중요하다. 네고로 교수는 “다양한 기업들이 강점을 활용해 발전해 나갈 수 있는 가능성이 생겼다. 산업계가 활성화됨으로써 머지않아 일본이 양자컴퓨터 분야에서 수위에 서는 것도 충분히 있을 수 있다”라고 강조한다.

이번에 부품을 조합하여 시스템화해 가동을 확인할 수 있었지만, 구축하는 과정에서 새로운 과제 및 문제점도 부각되었다. 향후에는 이번에 얻은 지식을 기반으로 한층 더 대규모화 및 성능 향상에 주력해 나갈 방침이다.

QIQB는 이번 가동 개시에 앞서, 2023년 12월에 양자컴퓨터 ‘국산 3호’를 클라우드 공개했다. 냉동기 등 일부에 해외산 부품을 채택했기 때문에 순수 국산이라고는 말하기 어렵지만, 최대 50큐비트가 동시에 가동될 수 있는 상태에서 2큐비트 게이트의 충실도에 있어 최대치 98%를 실현했다. 최대 가동률이 86%로 높아, 두 번째 국산 3호의 정비가 기대되고 있었다.

이번 엑스포에서는 기획전 ‘엔탱글 모멘트(entangle moment)-[양자·바다·우주]×예술’에서 순수 국산 양자컴퓨터가 공개되었다. 이번에 선보인 순수 국산 양자컴퓨터와 국산 3호 2대를 이용해 다수의 큐비트가 얽혀 있는 상태인 엔탱글 모멘트를 실현해 양자얽힘(엔탱글)의 세계를 체감할 수 있는 전시였다.

-- 빠르면 2026년에 144큐비트로 --
이번에 개발된 초전도 방식의 양자컴퓨터는 국내 여러 연구 기관과 기업이 협력해 1년 수개월이라는 단기간에 개발에 성공했다. 양자칩은 144큐비트까지 확장이 가능. 현재는 28큐비트분의 양자게이트가 정상적으로 동작하고 있다. 엑스포 이벤트 이후, 우선 48큐비트까지 확장할 계획이다. 순조롭게 배선이 진행되면, 2026년 중에 144큐비트까지 확장하고 싶다고 네고로 교수는 말한다.

현재의 양자컴퓨터는 복잡하고 대규모인 양자계산에는 아직 대응할 수 없지만, 144큐비트 규모가 실현된다면 여러 가지 기초연구에 활용할 수 있게 된다. 예를 들어, 복수의 큐비트를 조합해 용장성을 갖게 하여 양자에러를 검출·정정하는 양자에러정정기술 연구 등이 있다.

QIQB는 우선, 비트값을 반전시킬 수 있는 비트플립코드(Bit flip code) 등의 기초적인 양자에러정정기술 검증에서 시작해, 보다 고도의 양자에러정정으로 발전시켜 나갈 계획이다. 양자에러정정은 실용화를 위한 최대 과제로 여겨지고 있다. 세계적으로는 구글을 비롯한 미국 기업들이 연구 개발에서 앞서고 있다.

-- 희석 냉동기도 국산화 --
국내에서는 지금까지 이화학연구소(理化学硏究所) 등이 2023년 3월에 50큐비트 이상의 제어를 달성한 국산 양자컴퓨터를 개발했지만, 구성 부품 중 몇 개는 해외 제품을 사용하고 있었다. 이번 순수 국산 양자컴퓨터에서는 처음으로 주요 부품 전부를 국내 제조사로부터 조달했다. 모든 부품의 생산부터 조립까지 한 나라에서 실시하는 것은 세계적으로도 드물다. 연구개발이나 조달에 드는 비용·시간을 절감할 수 있는 등 많은 이점이 있다.

구성 부품 가운데 초전도 양자칩과 초전도 증폭기는 이화학연구소, 제어 장치는 큐엘(QuEL, 도쿄도), 희석 냉동기는 알박크라이오(ULVAC CRYOGENICS, 가나가와현), 펄스튜브냉동기도 알박크라이오, 초전도케이블과 저온케이블은 코악스(COAX, 요코하마시), 자기실드는 오타마(OHTAMA, 가와사키시), 적외선 흡수체는 가와시마제작소(川島製作所,사이타마현), 저잡음 증폭기는 니혼통신기(日本通信機, 가나가와현), 저잡음 전원은 NF회로설계블록(요코하마시), 칩패키지는 세이켄(精硏, 도쿄), 밴드패스필터는 소고전자(綜合電子, 도쿄)가 담당했다.

국산화가 어려웠던 부품 중 하나가 희석냉동기. 양자칩을 노이즈로부터 지켜주는 역할을 하는 중요한 장치이다. 기술 자체는 이전부터 확립되어 있었지만, 세계적으로 유럽 제조사들이 높은 경쟁력을 가지고 있었다. 큐비트와 신호를 주고받는 제어장치도 해외 기업들의 존재감이 강하지만, 오사카대학 발 스타트업인 큐엘도 높은 기술력을 가지고 있다.

-- 양자 OSS에서는 세력 다툼도 --
양자컴퓨터는 하드웨어뿐만 아니라 시스템이나 애플리케이션을 제어하는 소프트웨어도 필요하다. 소프트웨어 가운데 유저나 클라우드, 실험실의 백엔드 서버 사이에서 명령을 주고받아 관리하는 양자 클라우드 소프트웨어 개발에도 오사카대학 등은 주력하고 있다.

오사카대학과 후지쓰(富士通), SEC, TIS는 세계 최대 규모인 양자 클라우드 소프트웨어 ‘OQTOPUS’를 오픈 소스 소프트웨어(OSS)로 제공하고 있다. 유저가 프로그래밍을 다루는 프론트엔드층부터 클라우드층, 양자컴퓨터나 서버 등의 백엔드층, 운용에 이르기까지 폭넓은 영역을 망라하고 있어 양자컴퓨터의 연구개발 및 커뮤니티 형성에 도움이 될 것으로 기대되고 있다.

OSS는 소스코드가 공개되어 있어 누구나 자유롭게 이용·개발할 수 있는 소프트웨어를 말한다. 예를 들면, 현재의 컴퓨터 OS 중 하나인 Linux 등이 대표적인 OSS로 알려져 있다. 양자컴퓨터의 세계에서도 OSS가 중요해질 전망으로, 미국이나 독일, 이탈리아 등이 양자 OSS 개발을 추진하고 있다.

오사카대학 등은 OQTOPUS를 플랫폼으로 확대하여 많은 개발자들의 참가를 통해 업계 내에서 존재감을 높인다는 목표를 가지고 있다. 네고로 교수는 “144큐비트 규모의 실제 양자컴퓨터를 움직일 수 있는 양자 OSS는 OQTOPUS 외에는 없다. 해외 기업들도 참여할 수 있도록 해 OQTOPUS를 세계로 확대해 나가고 싶다”라고 말한다.

 -- 끝 –

Copyright © 2025 [Nikkei Monozukuri] / Nikkei Business Publications, Inc. All rights reserved.

닛케이 모노즈쿠리_2025.09 목차

도전자
금속 3D 프린터 ‘AM’ 사업은 일본의 승부처, 킬러앱으로 공세
히로노 요코(DMG모리세이키 집행임원 AM 통괄부 부장 겸 DMG모리세이키 Additive 부사장)

심층 뉴스
〮 스즈키와 도요타의 난제인 결함 연료펌프, 덴소가 아닌 다른 업체의 제품에서도 발각되어 리콜 증가
〮 오사카대학 등이 첫 순수 국산 양자컴퓨터 가동 개시, 일본이 수위에 오를 수도 있어
〮 EX-Fusion의 핵융합로용 레이저 제어, 정밀도 99%∙오차 0.2mm로 조사
〮 ‘K2025’가 발신하는 3가지 키워드, 순환경제·디지털·사회적 책임
〮 반도체 후공정을 연마하는 소니계열사 및 오므론, 일본의 승부처는 엣지 AI와 자동화에 있어
〮 오카야마대학 발 스타트업의 진자 발전기, 설산의 전원이나 용수로의 유량계로 활약
〮 엑스포에 모인 마개조 미니카, 구상 기어에 GFRP 차체로 제조업 대결

REPORT
〮 야마가타신칸센 E8계의 고장 원인 판명, 과전류로 인한 반도체 소자 파괴, 기온도 영향
〮 미스미G의 로봇 도입 서비스, 중국제 채택 등으로 600만 엔대부터
〮 국내는 오하마·쇼난 멕시코는 시벅, 닛산 공장 생산 종료, 남은 2개 거점도 조정
〮 도호쿠대학 등이 희소금속을 사용하지 않는 수전해 시스템 개발, 수소 제조 코스트 절감

특집
디지털트윈의 대규모 진화

Part 1. 총론
리얼리티가 증가한 가상공간으로 공장을 개혁, AI·하드웨어의 진화로 자율형이 현실로

Part 2. 엔비디아의 전략
산업 용도에서 존재감을 높이고 있는 엔비디아가 대형 벤더와 연대, GPU와 AI 구사

Part3 선진 유스케이스
BMW가 가상공장을 통해 생산성 개선, 휴머노이드 로봇 도입 검증을 추진하는 셰플러

니치아화학공업의 청색 반도체 레이저 개발 이야기
3명의 아마추어로 시작한 레이저 개발
제2회 어떻게 해서 돌파구를 찾을 수 있었는가?

PICK UP
국산 휴머노이드 로봇은 신장 3m의 강한 힘을 가진 로봇, 무라타제작소와 티엠작크 등이 개발 단체에 참여

공급망의 새로운 상식 걸작선
트럼프 관세에 대한 기업의 대응책 ‘아이우에오 구문’으로 해설

제5회

스타트업이 직면하는 제품화의 5가지 장벽
도움이 되는 ODM 제조사의 판단 포인트

최종회

도요타 방식의 인재양성, 당신의 고민에 응답합니다
제135회: 닛산이 궁지에서 벗어나려면

EDITORS' ROOM
AI 활용 기사에 기대감

편집부 추천 책
비즈니스라는 무대를 연출하는 지혜

 -- 끝 –

Copyright © 2025 [Nikkei Monozukuri] / Nikkei Business Publications, Inc. All rights reserved.