양자컴퓨터계의
힙스터를 꿈꾸는 사람들

슈퍼컴퓨터보다 더 빠른 연산, 절대 뚫리지 않는 암호기술. 그 원천이 되는 ‘양자기술’의 상용화가 현실로 다가오고 있다. 얼마 전까지만 해도 가능 혹은 불가능을 놓고 팽팽한 줄다리기가 펼쳐졌지만 2019년 구글이 현존하는 슈퍼컴퓨터를 뛰어넘는 양자 우위를 달성했다는 소식을 전한데 이어 중국과학원도 양자 우위 소식을 발표하는 등 이미 양자기술 패권을 쥐기 위한 전쟁은 시작됐다. 엄청난 규모의 연구인력과 자본을 투자하는 미국과 중국이 선두에 있지만, 양자는 하나로 정의할 수 없는 기술이며 그만큼 복잡하기에 승자가 누가 될지는 누구도 장담할 수 없다. 이처럼 요즘 과학계의 가장 큰 관심사인 양자기술은 각종 미디어를 통해 다뤄지며 대중적으로도 큰 관심을 받고 있다. 2023년 바로 오늘 세계 과학기술 분야에서 가장 힙한 키워드 양자기술. 그만큼 어느 때보다 힙하게 연구하고 있는 KRISS 초전도양자컴퓨팅시스템연구단을 만나봤다

▲KRISS 초전도 양자텀퓨팅 시스템연구단

(좌측 위) 조민균 선임연구원 유권규 책임기술원 최지만 선임연구원 김보경 선임기술원

(좌측 아래) 조명래 선임연구원 구자승 선임연구원 이용호 단장 최가현 선임연구원

양자컴퓨팅의 키포인트측정표준 

이용호 단장 “양자란 길이, 온도, 에너지 등의 물리량들이 양자화 됐을 때, 즉 가장 작은 단위가 됐을 때의 기본량을 말합니다. 이를테면 화폐의 단위는 1원이잖아요. 화폐가 하나의 현상이라면 1원이 양자인 겁니다. 사람으로 치자면 1명이 양자이고 에너지로 치면 특정한 작은 에너지 계단 하나가 양자인겁니다. 이런 걸 다루는 학문이 양자역학이에요.”

설명하기도 이해하기도 쉽지 않은 양자역학. 양자역학이 무엇이냐는 첫 질문에 이용호 단장은 여러 예시를 들어가며 최대한 쉽게 그 정의를 설명했다. 양자는 모든 물리량의 최소단위의 양을 뜻하며 이 미시세계의 현상을 다루는 학문이 바로 양자역학이다. 일반인이 완벽하게 이해하기는 어렵지만 양자역학과 측정표준이 아주 밀접한 관계에 있음을 짐작할 수 있을 것이다. 한편, 양자얽힘을 이용한 양자암호와 양자전송 그리고 양자의 중첩을 이용한 양자컴퓨터는 양자역학의 발전을 통해 가장 기대되는 활용분야이다. 

그렇다면 초전도양자컴퓨팅시스템연구단은 도대체 양자 현상을 가지고 어떤 연구를 한다는 것일까? 사실 명칭에 답이 있다. 초전도를 이용해 양자현상을 일으켜 이를 통해 양자컴퓨팅 시스템을 개발하는 것이 이들의 연구목표이다. “양자현상을 일으키는 여러가지 방법 중 이온트랩(ion trap)은 주로 기업에서 주력하는 방법으로 현 상황에서 실현가능성이 가장 크다는 장점이 있으며, 대표적 회사로 아이온큐(IONQ)가 있다.” 초전도는 실현가능성이 아닌 성능에 있어서 가장 크게 기대할 수 있는 방식이며 KRISS가 잘 할 수 있는 분야기이기도 하다. 양자기술이 지금처럼 크게 주목받지 못했던 10여 년 전부터 KRISS는 초전도양자컴퓨팅을 연구해왔고, 더 거슬러 올라가 30여 년 전부터 양자물리연구실이 존재했다. 이용호 단장은 초전도를 이용한 양자센서를 개발해 미국에 기술을 수출하기도 했다. 

이용호 단장 “양자컴퓨팅의 핵심은 바로 측정이에요. 아무리 대기업에서 소자를 잘 만들 수 있다고 해도 그 소자를 잘 제어하고 측정하지 못한다면 제대로 컴퓨팅이 되지 않으니까요.” 양자컴퓨팅 실현을 향한 글로벌 경쟁 속에서, KRISS의 믿는 구석은 바로 ‘측정 능력’이다. 정확히 측정해야 신호를 정밀하게 주고받을 수 있고 그 전달 과정의 노이즈도 잡아낼 수 있다. 

힙해서 감수해야 하는 것 

현재 양자기술이 세계적으로 가장 핫하고 힙한 연구 대상이라는 데 이의를 제기하는 사람은 거의 없을 것이다. 그렇다면 과학기술계를 넘어 전 사회적인, 양자기술을 향한 관심이 연구자들에게는 어떻게 느껴질까? 

유권규 책임기술원 “부러움이라고 표현하는 게 맞는지 모르겠는데, 아무래도 많은 투자와 지원을 받는 상황이다 보니 불편한 시선을 느낄 때가 있어요. 많은 분이 지켜보고 있죠.

물론 부담스럽죠. 그럴 땐 혼자 주문을 걸듯이 해낼 수 있다고 마음을 다잡곤 해요. 실제로도 저희가 주어진 환경 속에서 최선을 다하고 있으니 실현 가능하다고 자신합니다.” 

구자승 선임연구원 “다른 사람 시선을 잘 신경 쓰지 않는 성격이기도 한데, 저희에게 좋은 기회라는 생각이 더 큽니다. 지원 규모도 크지만 KRISS가 보유한 우수한 인적자원과 장비들을 최대한 활용하여 로드맵에 맞춰 하나씩 해나가면 되지 않을까 싶어요.”

연구개발의 성패도 투자와 지원의 규모에 따라 달라질 수 있다 보니, 양자분야에 집중된 여러 지원책들에 아쉬움을 갖는 시선들도 있을 수밖에 없을 것이다. 마인드 컨트롤이든 의연한 태도든 각자의 방식으로 그 무게를 이겨내며 함께 목표를 실현해갈 초전도양자컴퓨팅시스템연구단이다.

코끼리의 실체를 보게 해줄 퍼즐 한 조각

이용호 단장 “50 큐비트 양자컴퓨터를 잘 돌아가게 해서 사용할 수 있게 만드는 것이 목표예요. 우리 연구단의 사업 명칭에 ‘개발’이 아닌 ‘인프라 구축’이 들어가 있는 건 개발로 끝나는게 아니라 시스템이 실제로 돌아가게 만드는 것이 목표이기 때문입니다. 어떤 상황이 닥쳐도 무조건 실현시켜야 하죠.” 논문에서 끝나는 연구가 아니라 현실에서 활용할 수 있는 기술을 내놓는 것이 연구단에게 주어진 미션이다. 달성하기 힘든 목표를 내건 사업, 그래서 연구단에게는 도전적이고 의욕을 자극하는 프로젝트이기도 하다.

유권규 책임기술원 “우리 연구단은 전공이 다양한 멤버들로 이루어져 있어요. 저는 원래 반도체 센서를 개발하는 쪽에서 연구했었어요. 양자컴퓨팅을 연구하게 됐을 때 흥분되고 기대가 무척 컸는데 막상 뛰어들어 보니 정말 새로운 분야라 쉽지가 않더라고요. 알면 알수록 어렵고 힘든 건 사실이에요. 하지만 연구자로서 정말 감사한 기회니까 즐겁게 해 나가려고요.” 코끼리 뒷다리를 만지는 장님처럼, 양자역학의 세계를 100% 아는 사람은 존재하지 않을지도 모른다. 하지만 전 세계의 여러 연구그룹이 각자의 영역에서 양자역학의 신비를 풀어낸다면 그 하나하나가 모여 언젠가 인류는 양자역학의 혜택을 온전히 누릴 수 있게 되지 않을까?

최지만 선임연구원 “큰 관심을 받는 분야인 만큼 기회도 활짝 열려 있다고 생각합니다. 그 기회를 통해 많이 배우고 성장해야겠죠.”

최가현 선임연구원 “부담감을 긍정적인 결과로 만드는 하나의 자극제로 활용하고 싶어요. 우리 연구단에 맡겨진 몫을 잘 감당해서 과제도 성공시키고 우리나라 과학기술이 한 단계 올라서는 데 보탬이 되고 싶습니다.”

구자승 선임연구원 “주어진 기간 안에 우리의 연구성과가 공중파 메인 뉴스에 소개됐으면 좋겠습니다.” 힙하다는 아이러니하게도 ‘대중적이다’, ‘개성 있다’라는 상반된 의미를 동시에 갖고 있다. KRISS 초전도양자컴퓨팅시스템 연구단이 가고 있는 길도 그런 것 같다. 세계의 수많은 연구그룹이 양자컴퓨터 실현이라는 하나의 목표를 향해 나아가고 있는 가운데 우리만의 영역, 우리만의 경로를 만들어 내야 하기 때문이다. 경쟁이 뜨거운 분야이지만 언젠가 하나하나의 성과들이 모여 인류의 많은 숙제를 풀어줄 열쇠가 되기를 기대해 본다. 그리고 그 중심에 KRISS

초전도양자컴퓨팅시스템연구단이 당당히 서 있기를 응원한다.