Special 국가전략기술 양자소재 및 양자기술 개발 동향

국내외 양자산업 생태계 동향 및 시사점

김효실_미래양자융합센터(QCI) 센터장

I. 서론

양자기술은 물리학의 양자역학을 기반으로 하는 기술로, 고전적인 방식과 기술과는 그 활용 방법이 다소 다르다. 양자역학의 핵심 원리인 양자얽힘(entanglement)과 양자중첩(superposition)을 활용하면, 기존의 0과 1로 이루어진 이진법 기반 정보처리 방식을 뛰어넘어 혁신적이고 많은 양의 정보처리와 정보전송을 가능케 한다. 예를 들어, 양자컴퓨팅에서는 전통적인 정보처리 방식인 0과 1로 표현하는 것과 달리, 큐비트(Qbit)를 활용하여 동시에 여러상태(중첩)를 가질 수 있다. 이러한 양자중첩의 특성 덕분에 양자컴퓨팅은 문제해결을 위한 시간을 획기적으로 줄이고, 기존 컴퓨터보다 압도적인 퍼포먼스를 구현할 수 있다. 예컨대, 구글의 53큐비트 기반 양자컴퓨터는 기존의 슈퍼컴퓨터가 1만 년 걸리는 연산을 3분 만에 처리하는 결과를 보여준 바 있다.

그림 1. IBM(좌)과 Google(우)의 양자컴퓨터

  양자기술을 통한 연산속도의 증가는 특히 암호화와 보안 분야에서 그 중요성이 강조되고 있다. 기존 암호화 방식은 단순하지만 빠르게 찾을 수 없는 소인수분해와 같은 수학적 문제에 기인하여, 보안을 유지한다. 이 방법은 현존하는 컴퓨터로는 해독이 어렵다. 그러나, 양자컴퓨터의 등장으로, 복잡한 수학적 문제를 혁신적인 속도로 풀어내는 사례가 나타나고 있다. 양자컴퓨터는 고전적인 암호풀이 절차를 뛰어넘어 문제해결이 가능하다. 이에 주요국들은 자국 기술 보호와 보안을 위해 양자기술과 보안기술에 적극적으로 투자하고 있다.

  양자기술은 단순한 컴퓨터 성능 발전을 넘어, 국가안보와 국제 경제에서 중요한 역할을 수행할 것으로 전망되고 있다. 이에, 주요국들은 기술주도권 확보와 양자기술 활성화를 위해 법·제도적 기반을 마련하고, 산업 응용 가능성이 높은 분야에 대해 로드맵을 수립하여, 산업화를 지원하고 있다. 메켄지 보고서(2021)의 분석에 따르면, 양자통신 및 양자센싱은 근 미래에 상용화 가능성이 크며, 양자컴퓨팅은 통신, 센싱과 상호 연관성을 가지고 모든 산업에 걸쳐 양자기술이 큰 파급효과를 불러올 것으로 예측했다. 

  이처럼 양자기술은 글로벌 게임체인저로서 핵심기술 경쟁력 확보를 위한 중요성이 높아지고 있다. 본 기고문에서는 국내외 양자산업과 관련한 동향 및 정책에 대해 다루고자 한다.

II. 양자산업 생태계 현황과 전망

양자산업을 이루는 핵심 구성요소는 크게, 양자기술-양자소부장-양자서비스로 구성되어 있다고 할 수 있다. 양자기술은 다양한 산업분야에서 활용될 것으로 기대되고 있다. 양자기술의 대표적인 분야로는 양자 기반 통신·컴퓨팅·센싱이 대표적이다. 전 세계 양자기술 시장의 총 규모는 2024년 약 15조 원으로 추정되고 있으며 연평균 21%의 높은 성장률을 기록하며 2031년 약 58조 원으로 확대될 전망이다(Mckinsey, 2024). 매켄지 보고서에 따르면, 양자통신 시장은 2024년 약 1조 9천억 원에서 연평균 26%씩 성장하여 2031년 약 23조로 확대될 전망이다. 양자센싱은 2024년 1조 9천억 원에서 연평균 9% 성장하여 2031년 3조 5천억 원으로 확대될 전망이다. 양자컴퓨팅의 경우 2024년 약 8조 9천억 원에서 연평균 20%씩 성장하여, 2031년 32조 1천억 원을 기록할 것으로 전망된다. 

표 1. 양자산업 생태계 구성요소 

  글로벌 양자기술 시장은 높은 성장세와 더불어 양자통신과 양자센싱 분야는 근 미래에 상용화 가능성이 높다고 볼 수 있으며, 양자컴퓨팅은 양자통신 및 양자센싱과 생태계를 구축하며 성장할 것으로 전망할 수 있다. 메켄지 보고서 외에 다른 글로벌 리서치 전문 기관들의 보고서에서도 다소 수치의 차이는 있으나, 공통적으로 가까운 미래에 양자기술을 활용한 시장이 활성화될 것이라는 전망을 보여주고 있다. 

  아울러 글로벌 양자기업의 경우 양자컴퓨팅은 IBM, 구글, 마이크로소프트, 아마존 등 약 300개, 양자통신은 AT&T, 도시바 등 약 160개, 록히드마틴, 에이오센스 등 양자센싱은 약 130개 등으로 파악되고 있다(The Quantum Insider, 2024).

  국내 양자기술 시장은 2024년 기준으로 약 1500억 원으로 규모로 전망되고 있다. 대표적으로 부문별로 보면 양자통신은 약 400억, 양자센싱 약 400억 원, 양자컴퓨팅 780억 원으로 전망되고 있다. 국내 양자기술을 보유한 기업의 경우 약 106개 수준으로 파악되고 있으며, 통신3사(KT, SKT, LGU+), SKB, IDQ, 삼성, 포스코 등 대기업과 우리넷, 우리로, 큐심플러스, GQT코리아, 퀀텀센싱, 진인프라 등 중소·중견기업이 포함된다.

  양자통신 분야 시장전망을 보면 연평균 성장률이 25%로 높은 성장률을 보이고 있어 지속적인 성장을 할 것으로 전망된다. 

표 2. 글로벌 양자기술 시장 전망

그림 2. 국내 양자기술 시장 성장 전망 

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<본 사이트에는 일부 내용이 생략되었습니다. 자세한 내용은 세라믹코리아 2024년 12월호를 참조바랍니다. 정기구독하시면 지난호보기에서 PDF 전체를 열람하실 수 있습니다.>