연세대·KISTI·충북대, 양자컴퓨터 실전 배치…국내 선두 주자로 부상

한국의 대학과 연구기관들이 양자컴퓨팅 기술 개발 선두에 서기 위해 앞다퉈 양자컴퓨터를 도입하고 있다.

아직 높은 오류율과 하드웨어 제약 등으로 상용화까지는 시간이 필요하지만 인공지능(AI)을 이을 차세대 기술로 주목받는 만큼 미래 인재를 키워야 하는 교육기관과 국가 전략 기술을 실증해야 하는 연구기관의 역할이 커지고 있다.

특히 연세대학교, 한국과학기술정보연구원(KISTI), 충북대학교는 국내에서 가장 발빠르게 양자컴퓨터를 도입하며 교육·연구·산업 연계를 추진 중이다.

14일 이들 기관들은 플랫폼과 활용 전략 로드맵이 서로 다르지만 양자기술의 저변 확대와 실증적 활용을 목표로 국내 양자 생태계 확산을 주도하고 있다.

연세대 국제캠퍼스에 구축된 IBM의 양자컴퓨터 '퀀텀 시스템 원'(이미지=IBM)

연세대, 국내 첫 양자컴퓨터 캠퍼스 구축…'의료·교육·산업 아우르는 양자허브'

연세대학교는 국내 최초로 캠퍼스 내 상용 양자컴퓨터인 IBM '퀀텀 시스템 원'을 설치하며 주목받았다. IBM의 127큐비트 초전도 양자컴퓨터로 '이글(Eagle)' 프로세서를 탑재해 복잡한 분자 시뮬레이션과 대규모 연산이 가능한 시스템이다.

이로써 한국은 미국, 독일, 일본 등 주요 국가에 이어 해당 장비를 보유한 세계 다섯 번째 국가가 됐고 대학이 단독으로 직접 시스템을 운용하는 사례로는 세계 두 번째다.

이 시스템은 연세대 송도 국제캠퍼스에 구축됐으며 2030년까지 IBM과 기술지원 및 공동연구 계약을 체결해 지속 활용된다.

연세대는 이 양자컴퓨터를 바이오·제약 분야에 우선 활용한다. 암, 유전병 치료제 등 고난도 신약 개발에 필요한 분자 시뮬레이션을 양자 알고리즘으로 수행해 시간과 비용을 줄이는 것이 핵심 목표다.

대표 사례로는 혈우병 유전자 치료제 후보 물질 분석이 있으며 양자 기반 예측을 통해 신약 개발 비용을 절감할 수 있다는 기대가 나온다.

교육 분야에서도 연세대는 양자컴퓨터를 실제 커리큘럼에 통합하고 있다. 현재 학부·대학원 통합 4개 강좌가 운영 중이며 오는 9월에는 '양자정보학과' 대학원 과정도 신설된다. IBM의 오픈소스 프레임워크 키스킷을 활용해 학생들이 실제 양자 알고리즘을 실습할 수 있는 교육 환경도 갖췄다.

이를 중심으로 연세대는 양자생태계운영센터, 양자컴퓨팅센터 등으로 구성된 전담 조직을 꾸려, 양자 알고리즘 개발, 교육자료 제작, 기업 협업 과제 수행까지 포괄적으로 지원하고 있다.

향후 연세대는 AI·바이오·정밀의료 산업과의 접목을 통해, 양자AI, 양자암호통신, 의료진단 분야로 응용을 확장해 나갈 계획이다. IBM과는 2029년까지 오류 수정 기술 개발과 차세대 프로세서 도입을 포함한 로드맵을 공유 중이다.

정재호 연세대 양자사업단장은 "양자컴퓨팅 분야는 2023년부터 2030년까지 55억 달러 이상의 성장이 예상되는 유망한 분야"라며 "국내 최초로 도입된 양자컴퓨터를 통해 산업 전반의 '양자 문해력'을 증진하고 상생 협력의 기반을 제공할 것"이라고 강조했다.

KISTI에 도입 예정인 아이온큐의 템포 (사진=아이온큐)

KISTI, 이온트랩 양자컴퓨터 도입…슈퍼컴 연계한 '국가 인프라' 구축 본격화

KISTI는 양자컴퓨터와 슈퍼컴퓨터를 결합한 국가 인프라 구축을 목표로 미국 아이온큐(IonQ)의 이온트랩 방식 차세대 양자컴퓨터 '템포(Tempo)'를 도입한다.

템포는 전기장에 가둔 바륨 이온을 레이저로 제어하는 방식으로 100큐비트급 규모에 큐비트 간 올투올 연결성과 충실도 99.9%의 높은 연산 정확도를 갖춘 고성능 시스템이다.

이는 기존 IBM의 초전도 방식과는 다른 구조로 국내 양자 생태계의 기술 다양성 확보에 기여하고 있다.

설치 장소는 대전 KISTI 본원으로 내년 말까지 가동을 목표로 한다. KISTI는 이 장비를 국가슈퍼컴퓨터 6호기와 연동해 양자·고전 하이브리드 컴퓨팅 환경을 조성할 예정이다. 복잡한 계산 문제를 고전 컴퓨터가 분담하고 양자 알고리즘이 필요한 고속 시뮬레이션은 양자컴퓨터가 처리하는 방식이다.

양자컴퓨터 도입과 병행해 해커톤, 교육과정, 실습 프로그램, 기업 컨설팅 등도 구성해 연구자·학생·산업계 종사자들이 실제로 양자 기술을 경험할 수 있도록 지원할 방침이다.

일부에서는 1년 반이라는 인프라 구축 속도에 우려를 제기하기도 했다. 이에 KISTI 측는 "글로벌 기준에서 봤을때 빠른 도입 수준"이라며 "기존 인프라와의 연계성을 고려할 때 충분히 전략적"이라며 자신감을 보였다.

특히 아이온큐는 한국계 창업자인 김정상 듀크대 교수가 설립했으며 SK텔레콤이 전략 투자자로 참여하고 있어 향후 기술 협력과 생태계 확산에서 국내 기업과의 연계도 기대되고 있다.

이식 KISTI 원장은 "양자컴퓨터는 단독 운용뿐 아니라 슈퍼컴과 결합된 하이브리드 컴퓨팅으로도 활용될 것"이라며 "국내 연구자, 학생, 기업들이 양자 환경을 효과적으로 경험하고 활용할 수 있도록 하겠다"고 밝혔다.

충북대에서 도입한 IQM의 스파크(이미지=IQM)

충북대, 지방 국립대 최초 상업용 양자컴퓨터 도입…지역 중심 양자교육 거점

충북대학교는 지방 국립대 최초로 상업용 양자컴퓨터를 캠퍼스에 설치, 운영하며 지역 주도의 양자기술 생태계 조성에 나섰다.

이들은 IQM의 5큐비트 초전도 양자컴퓨터 '스파크(Spark)'를 도입해 온프레미스 방식으로 직접 운용 중이다.

충북대는 충청북도와 함께 '충북양자연구센터'를 공동 설립해 교육과 연구를 연계한 양자 생태계 기반을 마련했다. 이 센터는 양자기술을 활용한 신소재·센서·양자물질 연구뿐 아니라 지역 산업과의 연계 플랫폼 역할도 수행한다.

학부 정규 강좌에서는 양자역학 이론과 프로그래밍 실습이 통합 운영되고 있으며 대학원에는 응용 연구 중심의 과목이 개설됐다. 인접 대학 학생들도 실습에 참여할 수 있도록 개방형 실습 과정이 운영되고 있으며 산업체 재직자와 K-12 대상 프로그램도 병행 중이다.