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IBM, 구글, 바이두 등 미국과 중국의 글로벌 빅테크들이 천문학적 자금을 투자해 양자컴퓨터 시장 선점에 나섰지만 후발주자들에게도 아직 기회는 열려 있다는 평가가 나온다. 최근 비용을 대폭 줄인 새로운 양자컴 개발 방식이 속속 등장하면서다.

현재 업계 주요 양자컴 개발 방식은 △초전도 △이온트랩 △광자 △중성원자 등이다. 양자컴의 기본 정보·연산 단위인 큐비트(Qubit)를 어떻게 구현하고 외부 잡음으로부터 보호하는지에 따른 구분이다. 이 방식 외에도 마이크로소프트(MS)가 최근 발표한 것처럼 '위상전도체'라는 새로운 방식도 지속적으로 개발되고 있다.
상용화 앞선 초전도체·이온트랩, 문제는…

이중 상용화 가능성이 가장 높다고 평가받는 방식은 초전도와 이온트랩이다. 초전도 양자컴은 물질의 전기 저항이 0이 되는 초전도 현상을 활용해 큐비트를 구현한다. 초전도 현상을 위해 영하 273도의 극저온을 유지해야 한다는 단점이 있지만, 기존 반도체 공정으로도 제작이 가능하고 큐비트 수를 늘리기에도 용이하다.

미국의 IBM, 구글, 리게티컴퓨팅, 중국의 바이두, 오리진퀀텀 등 양자컴 선도기업들 다수가 초전도 방식을 활용한다. 마이크로소프트(MS)가 공개한 '위상전도체' 양자컴퓨터도 반도체와 초전도체의 특징을 결합한 물질을 활용하는 것으로 큰 틀에선 초전도 방식에 포함된다.

이온트랩 양자컴은 진공 상태에서 이온을 레이저로 조작해 큐비트를 생성한다. 큐비트 제어가 용이하고 오류율이 더 낮다는 장점이 있지만, 큐비트 수를 확장하는 데에 한계가 있다는 평가다. 아이온큐, 우주항공시스템 개발사 허니웰의 자회사 퀀티넘 등이 양자트랩 방식으로 양자컴을 개발한다.

두 방식은 이미 상당한 성과를 거두고 있다. 구글과 IBM은 초전도 방식으로 각각 105큐비트, 1121큐비트의 양자컴을 만들었고, 아이온큐와 퀀티넘도 32큐비트, 56큐비트의 양자컴을 개발했다. 양자컴 성능이 큐비트 규모만으로 좌우되는 건 아니지만, 이미 상당 규모의 큐비트를 구현한 양자컴을 만들었다는 평가다.

문제는 두 방식 모두 개발·운용 비용이 막대하다는 점이다. 초전도 방식은 극저온 냉각을 유지해야 하고, 이온트랩도 진공 상태에서의 레이저 및 전자기장 제어가 지속돼야 한다. 양자컴 성능을 높이기 위해 큐비트를 늘리면 그만큼 비용도 커진다. 양자컴 개발사들이 자본이 풍부한 글로벌 대기업 중심인 이유도 그래서다.
광자·중성원자…비용 낮춘 新양자컴 등장

다만 최근들어 광자, 중성원자 등 새로운 큐비트 구현 방식들이 개발되면서, 스타트업들에게도 기회가 열리고 있다는 평가다. 광자 방식은 빛의 파동과 진동 방향을 이용해, 중성원자 방식은 중성 상태의 원자를 포획해 큐비트를 구현한다.

두 방식 모두 확장이 용이하고 양자 오류 정정에도 유리하단 평가다. 무엇보다 사업적으로 초전도 방식처럼 냉각장치나 레이저 제어 등이 필요 없어 개발·유지비가 적다는 장점이 주목받고 있다.

한 벤처캐피탈 심사역은 "전세계에서 기존 방식의 한계인 개발·유지비를 줄이려는 다양한 방식의 큐비트 구현 방식들이 개발되고 있다"며 "초전도나 이온트랩 방식에 비하면 아직 가능성을 보여주는 단계지만 전세계에서 다양한 스타트업들이 도전하고 있다"고 말했다.

실제 미국의 PSI퀀텀(PSIQuantum), 캐나다의 자나두(Xanadu) 등은 광자 방식으로, 프랑스의 파스칼(Pasqal), 미국의 큐에라(QuEra) 등은 중성원자 방식으로 양자컴을 개발하는 스타트업들이다. 네 곳 모두 기업가치 10억달러(1조4000억원)이상의 비상장 스타트업인 유니콘 기업 반열에 올라있다.

한국은 아직 걸음마 단계다. OQT, SDT 등 일부 스타트업만 양자컴 하드웨어를 개발한다. 큐에라 출신의 김동규 카이스트 물리학과 교수가 창업한 OQT는 중성원자 방식의 양자컴에 도전하고 있다. 한국과학기술연구원(KIST) 출신 윤지원 대표가 창업한 SDT는 양자컴을 직접 만들진 않지만, 관련 측정·제어장비를 개발하고 있다.

다만 국책연구기관 중심으로 양자컴 연구는 지속되고 있다. 한국전자통신연구원(ETRI)은 지난해 8큐비트 규모의 광자 방식 양자컴 개발에 성공했고, 한국과학기술연구원(KIST)는 또 다른 방식인 다이아몬드를 활용한 양자컴을 개발하고 있다.

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