양자기술은 국가의 미래 경제·사회·안보에 지대한 영향을 미치는 ‘게임 체인저’다. 미국과 중국, 유럽연합(EU), 일본 등 세계 강대국이 양자과학기술에 집중적으로 투자하는 이유다. 정부도 글로벌 양자 생태계 진입을 위한 골든타임을 놓치지 않기 위해 2024년 4월 범부처 차원의 전략인 ‘퀀텀 이니셔티브’를 발표하고 신속히 이행하려는 노력을 지속하고 있다. 그 일환으로 국가 양자정책의 컨트롤타워 역할을 할 양자전략위원회도 설립됐다.
3월 12일 출범한 양자전략위는 양자 분야 최고위 정책 심의·의결 기구로 국무총리가 위원장을 맡는다. 이날 양자전략위는 ‘퀀텀 이니셔티브 추진 전략’을 발표하고 10대 추진 과제에 대해 논의했다. 신속한 성과를 도출해 2035년까지 양자경제 선도국으로 도약한다는 전략이다.
지배적 기술 없는 분야 선도하도록 R&D 확대
먼저 정부는 전략적 연구개발(R&D)과 인재 양성을 통해 양자과학기술 핵심역량을 확보한다는 방침이다. 실패를 허용하는 혁신도전형 R&D를 추진해 미개척 분야를 선점하겠다는 전략을 세웠다. 예를 들어 저궤도 위성이나 군집 위성 간 등 어디서나 양자암호통신을 가능하게 하는 ‘공간 양자통신’은 아직 지배적 기술이 없는 분야다. 이런 분야에 대한 경쟁 방식의 R&D 사업 기획을 추진한다.
양자기술 최초의 대형 R&D 사업인 대규모 대표 사업(플래그십 프로젝트)에도 본격 착수한다. 혁신도전형 R&D가 경쟁에서 앞서나가기 위한 방안이라면 플래그십 프로젝트는 양자 핵심 기술의 선도국을 추격하기 위한 방안이다. 1000큐비트 양자컴퓨터나 양자중계기 기반 양자네트워크 등을 민간기업과 함께 개발해 산업 현장에서 활용하도록 한다.
양자 생태계의 근간인 인재를 확보하는 방안도 적극 추진한다. 2032년까지 박사급 전문인력 540명을 배출할 양자 대학원 중심으로 인재 양성을 해 글로벌 리더로 성장할 수 있도록 한다. 물리학뿐만 아니라 반도체·전기·전자공학, 화학·바이오 등 분야에서 양자 엔지니어를 양성할 수 있도록 신규 인력 유입을 확대한다. 또 글로벌 우수인재를 유치할 수 있도록 양자 분야 해외인재유치 특화사업을 신설한다.
무엇보다 양자 인력을 배출하고 수용할 수 있는 거점을 구축할 방침이다. 산업 수요가 아직 많지 않은 상황에서 양자과학기술 인력의 저수지 역할을 할 퀀텀 플랫폼을 구축하고 양자 제조시설(퀀텀 팹)을 확대해 양자 생태계 기반을 마련한다.
양자산업화 원년… 네 가지 핵심 과제 진행
기초·원천 연구를 넘어 양자산업화 기반을 마련하는 일도 중요하다. 2025년을 대한민국 양자산업화 원년으로 삼아 네 가지 핵심 과제를 진행할 계획이다. 첫째, 양자 소프트웨어와 알고리즘을 개발해 양자이득을 조기에 실현할 수 있도록 한다. 양자 소프트웨어 분야는 하드웨어 분야에 비해 투자가 더딘 상황이다. 양자컴퓨터 상용화 시대에 더욱 강조될 양자컴퓨터 활용 역량을 확보하기 위해 정부는 소프트웨어·알고리즘 지원을 강화하고 글로벌 선도 양자컴퓨팅 시스템을 도입하겠다고 밝혔다.
둘째, 전략적으로 소재·부품·장비(소부장) 산업을 육성해 글로벌 시장을 선점한다. 현재 양자과학기술 구현에 필요한 대부분의 소부장을 해외에 의존하고 있는데 이는 반도체·제조 역량이 뛰어난 우리나라가 선도할 수 있는 분야다. 이에 정부는 기술 개발부터 산업화까지 종합적인 지원을 통해 양자 소부장 공급망을 안정화할 예정이다. 광소재, 웨이퍼, 계측·통신장비 등 기업에서 양자 분야에 필요한 소재, 소자, 모듈을 사업화할 수 있도록 R&D를 확대하고 공공·국방·첨단산업 등 분야를 대상으로 양자통신과 양자센서 기술을 적용하는 수요를 발굴한다.
셋째로 정부는 양자 스타트업을 적극 지원해 양자 유니콘(거대 신생기업)을 창출할 수 있도록 한다. 양자는 기술적 난도가 높아 창업과 사업화에 어려움을 겪는 분야이기 때문에 정부가 양자 스타트업의 생존과 성장을 위해 전용 펀드를 만들 계획이다. 특히 기술력은 있지만 창업 기법이 부족한 대학과 정부출연연구기관 양자 연구자들이 창업을 할 수 있도록 양자산업생태계지원센터를 중심으로 창업 준비부터 투자 유치까지 지원한다. 향후 구축될 퀀텀 플랫폼을 통해 산학연 연구, 소부장 R&D 등의 연구 성과를 산업화로 확장할 수 있도록 지원하는 방안도 추진한다.
넷째, 인프라를 구축해 산업화 기반을 마련한다. 양자 위탁생산(퀀텀 파운드리)과 시험장(테스트베드) 등을 구축하는 방안인데 퀀텀 파운드리 구축을 위해서는 기존에 구축된 초전도 양자 제작시설과 통신·센서 테스트베드를 중심으로 양자소자 제작 공정기술과 전문인력을 확보한다. 또 컴퓨팅, 통신, 센서 등 양자 분야별 특성을 고려해 맞춤형 테스트베드를 구축한다.
9개 중점 기술 개발
양자기술은 국가 안보와도 밀접한 관련이 있다. 국제협력과 기술안보에도 정책적 지원이 필요한 이유다. 이번 추진 전략에서는 글로벌 양자과학기술 협력을 주도하는 방안이 포함됐다. 현재는 적극적인 R&D 투자 확대에 비해 후발주자로서 상대적으로 국제적 입지가 열악하다는 점을 극복하기 위해 다자협의체에 참여하고 주요국과 긴밀한 파트너십을 맺는다.
주요국 다자협의체를 한국에 유치하고 파트너십을 다각화해 유럽 등 주요국과도 적극 협력한다. 6월로 예정된 세계 최고 수준의 연구·산업 전시회 ‘퀀텀 코리아 2025’를 성공적으로 개최하고 퀀텀대화 등과 연계해 K-퀀텀 네트워크를 구축한다.
글로벌 양자기술 협력 거점도 만든다. 양자 분야 세계적 수준의 기관과 협력하기 위한 퀀텀 프론티어 랩과 양자 전문가들이 교류·협력하는 글로벌 파트너십 선도대학을 추진할 방침이다. 한국형 양자기술안보 로드맵도 마련하고 국방부·방위사업청 등과 협업해 국방 R&D를 통한 미래전장 대비태세도 구축한다.
이와 같은 퀀텀 이니셔티브 추진전략은 2024년 4월 발표한 퀀텀 이니셔티브의 구체적인 시행 방안이다. 정부는 퀀텀 이니셔티브를 통해 양자 분야 9개 중점 기술을 제시했다.
9개 기술에는 먼저 양자컴퓨터의 기반이 되는 퀀텀 프로세서(QPU)나 퀀텀 알고리즘·소프트웨어가 포함돼 있다. 양자기기 간 연결을 위한 퀀텀 인터넷이나 도·감청이 불가능한 차세대 양자암호통신 등 퀀텀 네트워크, 위치정보시스템(GPS)이 필요 없는 항법용 센싱, 초고해상도 이미징 등 퀀텀 센싱도 중점 기술에 포함됐다.
우리 반도체·제조 역량을 도대로 선도할 수 있는 퀀텀 엔지니어링 기술도 있다. 양자 상태를 측정하고 제어하는 퀀텀 소부장, 퀀텀 프로세서의 핵심이 되는 소자를 설계하고 제작하는 퀀텀 소자·공정기술, 디지털 컴퓨터와 퀀텀 컴퓨터를 상호 보완적으로 융합·활용하기 위한 디지털-퀀텀 하이브리드 기술도 제시됐다. 또 다양한 분야에서 퀀텀 기술의 혁신적 활용을 창출해내는 퀀텀 킬러 애플리케이션, 머신러닝을 고효율화하는 퀀텀 인공지능(AI)도 중점 기술이다.
이 같은 중점 기술의 발전을 통해 정부는 세계 최선도국 대비 2022년 기준 65%에 그치는 양자과학기술 수준을 2035년까지 85%로 끌어올리겠다는 계획이다. 2024년 500명에 불과한 양자 핵심인력도 2035년 2500명으로 확대하고 연구 허브도 2개 이상 구축될 전망이다. 2022년 80개에 불과한 양자 활용·공급 기업도 2035년 1200개까지 늘어날 것으로 기대하고 있다.
김효정 기자
양자기술산업법 시행
양자산업 육성 위한 법률적 기반 마련
5년마다 범부처 차원 종합계획 수립
정부는 양자기술과 산업을 육성해 선도국으로 도약하기 위해서는 체계적이고 종합적인 육성 방안이 필요하다는 방침이다. 이에 2023년 ‘양자과학기술 및 양자산업 육성에 관한 법(양자기술산업법)’을 제정하고 2024년 11월부터 시행에 들어갔다.
양자기술산업법은 양자전략위원회를 설치하고 5년마다 범부처 차원의 양자종합계획을 수립하는 것을 골자로 한다. 이에 따라 3월 12일 국무총리를 위원장으로 하는 양자전략위원회가 출범했다.
양자기술산업법의 주요 내용으로는 양자 관련 산학연 역량을 결집하고 양자산업 육성, 기존 첨단산업과의 융합·확산을 위한 중심지를 구축해야 한다는 것이 있다. 정부는 양자 산학협력지구(클러스터) 기본 계획을 수립할 예정이다. 또 양자 전문교육기관을 선정하고 지원하며 특례를 통한 산업화를 촉진하도록 하는 내용도 포함됐다. 기술 패권을 확보하려는 국제적 경쟁 속에서 전략적인 국제협력도 추진될 전망이다.
과학기술정보통신부는 양자기술산업법 시행을 발표하며 법령에 기반해 본격적으로 양자종합계획과 시행계획을 수립하겠다고 밝혔다. 유상임 과기정통부 장관은 “양자과학기술 및 양자산업 육성에 관한 법 시행을 계기로 양자분야에 대한 지원을 제도적으로 뒷받침할 수 있는 길이 열린 만큼 세계적인 양자경제 중심국가로 발돋움할 수 있도록 최선을 다하겠다”고 말했다.
