산업기술/제조/경영

Nikkei Monozukuri_2025.12 (p.44-46)

소재 개발부터 생산 효율화까지
현장에서 시작된 양자 기술 활용

제조의 현장에서 양자컴퓨터 활용이 확산되기 시작했다. 사람의 감에 의존하는 영역이 많고, 수식으로 표현하기 어려운 문제도 많은 제조업은 IT, 금융, 통신, 물류 업계에 비해 양자컴퓨터 활용이 늦어지고 있지만, 최근 들어 다양한 업체가 사업에 활용하기 위해 양자 기술 도입을 가속화하고 있다.

기존 컴퓨터로는 실현하기 어려운 계산 능력을 활용해 생산 현장의 효율화나 신소재 개발, 시뮬레이션 고속화, 공급망 최적화 등 폭넓은 분야에서 제조업의 과제를 해결할 새로운 수단으로 기대가 높아지고 있다.

-- 두 가지 양자 방식의 장점과 단점 --
양자컴퓨터에는 최적화 문제에 특화한 ‘양자 어닐링 방식’과, 범용 계산이 가능한 ‘양자 게이트 방식’의 두 가지 방식이 있다. 양자 어닐링 방식은 일찍부터 개발돼 왔기 때문에 산업용 대규모 문제에도 적용할 수 있는 점이 특징이다. 현재는 다양한 산업 분야에서 활용이 진행되고 있다. 다만 적용 가능한 문제의 종류는 제한적이며, 최적화 문제나 특정 조건에서의 해(解) 탐색에 특화돼 있다.

반면 양자 게이트 방식은 양자 알고리즘을 실행할 수 있는 범용형 방식으로, 보다 폭넓은 문제에 적용할 수 있다. 일반 컴퓨터의 논리 게이트에 해당하는 ‘양자 게이트’를 사용해 큐비트의 양자 상태를 조작해 계산에 이용한다. 기존 컴퓨터로는 풀기 어려운 소인수분해, 탐색 문제, 복잡한 양자화학이나 물성 계산 등을 처리할 수 있다.

문제의 성격에 따라 두 방식은 적절히 구분해 사용되고 있다. 어느 방식이든 기존 컴퓨터로는 방대한 시간이 소요되는 최적화 문제나 대규모 시뮬레이션을 고속화할 수 있을 가능성이 있다.

-- 제조업에서 양자 활용이 확산되다 --
앞서 언급한 것처럼 현재 제조업의 다양한 현장에서 양자 기술 활용이 본격화되고 있다. 예를 들어 반도체 업계에서는 롬(ROHM)이 반도체 공장의 생산 효율화를 추진하고 있다. 다품종 반도체를 생산하는 롬은 양자 기술을 적용해 복잡한 생산 공정의 효율화를 목표로 하고 있다. 반도체 공장 가동에는 막대한 전력과 자원이 필요하기 때문에 생산 효율이 개선되면 큰 폭의 비용 절감을 기대할 수 있다.

자동차 업계에서도 주요 업체들이 잇따라 제품 개발 등에 양자 기술을 채택하고 있다. 마쓰다는 차체 골격 설계 최적화에 양자 어닐링을 활용해 최적 설계를 단시간에 도출하는 데 성공했다. 혼다는 전기자동차(EV) 전용의 배터리 소재 분석에 양자 게이트 방식의 활용을 목표로 하고 있다.

화학 업계에서는 신소재 개발 가속화 수단으로서 양자 기술에 대한 기대가 높아지고 있다. 미쓰비시케미컬그룹은 최첨단 반도체 제조에 필수적인 EUV(극자외선) 노광기술용 감광제(레지스트) 개발에 나선다. 스미토모고무공업은 고기능 소재 개발을 위해 대규모 모델의 유체 시뮬레이션을 검토하고 있다.

휴머노이드처럼 자유도가 높은 로봇을 정밀하게 제어하는데 있어서도 양자컴퓨터의 계산 능력에 대한 기대가 높아지고 있다.

-- CAE 계산을 고속 처리 --
산업 용도 중에서도 양자컴퓨터가 위력을 발휘할 것으로 기대되는 분야 중 하나가 유체 해석이나 열해석이라고 하는 CAE다. 오늘날의 제조업에서 필수 기술인 CAE는 제품 설계나 성능 예측에 널리 사용되고 있다.

예를 들면, 공기 저항이 적은 자동차의 공력 설계나 효과적인 방열이 가능한 반도체 칩, 스마트폰의 구조 설계, 모터 내부의 열 해석, 엔진 내부의 해석 등에 사용된다. 양자컴퓨터를 사용하면, 특정 조건하에서 이러한 CAE 계산 시간을 큰 폭으로 단축할 수 있다.

CAE는 많은 방정식을 풀어야 하며, 다루는 문제의 규모가 커질수록 계산 시간도 늘어난다는 문제가 있다. 여기에 양자 알고리즘을 적용하면 효율적으로 풀 수 있어, 계산 속도를 지수함수적으로 향상시킬 가능성이 있다. 지금까지 실용적인 시간 내에 처리할 수 없었던 대규모 시뮬레이션이 가능해질 수 있다는 점에서 다양한 현장에서 산업 응용이 가속화될 것으로 보인다.

-- 산업 구현을 위한 과제 --
이처럼 많은 장점을 가진 양자 기술이지만 산업 현장 구현을 위한 과제도 있다. 우선, 복잡하고 대규모인 문제를 양자컴퓨터로 풀기 쉬운 수식 형태로 변환하거나 근사하는 고도의 계산 기술이 필요하다. 제조업체만으로 대응하기 어렵기 때문에 양자 기술 개발에 특화한 테크 기업과 연계하는 경우도 많다.

예를 들면, 앞서 언급한 혼다는 배터리 소재 분석에서 양자 스타트업 Quemix(도쿄)와 협력해 계산량을 줄이는 새로운 기법을 개발했다.

양자 게이트 방식의 양자컴퓨터에서는 문제를 푸는 데 적합한 양자 알고리즘을 찾을 수 있는지 여부도 중요한 요소가 된다. 양자 알고리즘을 적용할 수 없는 문제는 양자 계산으로도 고속화가 어려울 가능성이 있다. 다만, 해당 방식의 연구는 아직 발전 단계에 있으며, 계산 방법을 개선함으로써 문제를 풀 수 있게 되는 경우도 있다.

또한 양자 게이트의 조합과 순서를 기술한 양자 회로를 설계하려면 고도의 전문 지식이 요구된다. 기업은 기존 컴퓨터와 양자컴퓨터 각각의 특성을 정확히 이해하고, 해결하려는 문제에 가장 적합한 수단을 선택하는 역량을 갖춰야 한다. 사내외 기업이나 연구기관과 협업하는 오픈 이노베이션도 앞으로 더욱 중요해질 것으로 보인다.

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Nikkei Monozukuri_2025.11 목차

도전자
어렵기 때문에 더 재미있다, IT와 현장을 넘나드는 이도류
미치히로 다카시(道廣 隆志), DT DYNAMICS 대표이사 사장

뉴스의 심층
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・다이하쓰, 공장의 문제를 AI로 해결 -- 부트캠프 방식, 2개월 연수로 성과

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・파나소닉 HD, 차이나 시프트 가속 -- 가전 사업 철수·매각 회피에 가닥

특집1
・양자기술로 제조 혁신

・Part 1 총론
소재 개발부터 생산 효율화까지 -- 현장에서 시작된 양자 기술 활용

・Part 2 반도체 제조
롬(ROHM), 기술 도입 ‘선두’ -- 검사 공정 시간 손실 40% 감소

・Part 3 소재 개발
차세대 레지스트와 배터리 실현 -- 계산 시간 100분의 1도 가능

・Part 4 로봇 제어
휴머노이드 로봇의 복잡한 동작 제어 -- AI를 뛰어넘는 실시간성 겨냥

・Part 5 차체 설계
차체 골격의 계산 횟수 대폭 감소 -- 마쓰다, 경량화·부품 공용화 가속

특집2
・독일 공작기계 업계, 자동화를 철저히 추구
‘EMO HANNOVER 2025’ 보고

・Hermle
자동화 설비의 강자 -- 팔레타이저와 로봇 활용으로 승부

・INDEX
복합가공기와 로봇 셀로, 강점인 공정 집약을 한층 가속

・Grob
기가캐스트 전용의 수평형 머시닝센터(MC)에, 다품종 소량 생산을 상정한 자동화 시스템

・Heller
5축 머시닝센터와 6축 로봇으로, 금속 가공의 4중고에 대응

・Chiron
모듈러 설계 MC와 소형 로봇 운송으로, 유연성을 높인 가공 자동화 시스템

사고는 말한다
・도큐 덴엔토시선 충돌 탈선 사고, 프로그램에 숨어 있던 10년 전 설계 미스

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・영상용 광원으로 고수익을 실현한 이유
최종회: 왜 세계 톱을 독주할 수 있었나

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・도쿄대학 등, 애매한 언어 지시로도 로봇 파지 가능 -- 복수 AI 에이전트 협조 외

서플라이 체인 신상식 걸작선
・‘작업 문제는 이 몇 초에 있다’, 조달 분야에서의 생성형 AI 활용 4선
제8회

도요타 방식의 인재양성, 당신의 고민에 응답합니다
・제138회: 인재를 효과적으로 활용하려면

EDITORS' ROOM
・기술로 읽는 비즈니스 정보 외

편집부 추천 도서
・‘잃어버린 30년’에서 벗어나기 위해

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