연산 ‘큐비트’ 100만개로 확장 가능
구글·IBM보다 성능 1000배 개선

중국·일본도 공격적인 투자 진행
빅테크 등 주도권 다툼 치열한데
한국 기술 수준, 주요국 중 최하위

마이크로소프트(MS)가 세계 최초로 위상 초전도체를 사용한 양자 칩 ‘마요라나 1’을 공개했다. MS가 양자 칩 경쟁에 본격 뛰어들면서 구글, IBM 등 글로벌 빅테크 기업의 주도권 다툼은 더 치열해질 것으로 보인다.

MS가 19일(현지시간) 공개한 손바닥 크기의 마요라나 1은 단일 칩에 양자컴퓨터 연산 단위인 큐비트가 8개 구현돼 있고, 100만개까지 확장할 수 있도록 설계됐다. 현재 1000큐비트급인 IBM과 구글 양자 칩의 1000배에 달한다. 양자 칩은 큐비트가 많을수록 연산 능력이 강력해진다.

마요나라 1의 핵심인 위상 초전도체는 인듐 비소와 알루미늄 등으로 구현했다. 위상 초전도체는 극저온에서 초전도성(전기저항이 완전히 사라지는 현상)을 유지하면서 고체, 액체, 기체와는 다른 독특한 전자 상태를 가지는 물질이다.

이 물질은 ‘마요라나’라는 새로운 양자 입자를 관찰하고 제어할 수 있다. 이를 활용하면 더 작고 빠르며 안정적인 큐비트를 만드는 데 도움이 될 수 있다. 온도, 자기장 등 외부 환경 변화에 민감해 오류가 잦았던 기존 칩의 단점이 보완돼 보다 안정적인 연산이 가능해진다는 게 MS의 설명이다. MS는 마요라나 1으로 양자컴퓨터 상용화가 몇년 안에 실현될 것으로 전망했다. 그간 양자 오류와 집적도 한계는 양자컴퓨터 상용화의 가장 큰 걸림돌로 여겨졌다.

양자컴퓨터는 의료, 생명과학, 금융 등 다양한 분야에서 혁신을 일으킬 것으로 기대된다. 미세 플라스틱을 무해한 물질로 분해하는 촉매를 찾거나, 효소 작용을 정밀하게 분석해 효과적인 치료제를 개발하는 데 기여할 수 있다고 MS는 설명했다. 체탄 나약 MS 퀀텀 하드웨어 부사장은 “100만큐비트 규모로 확장 가능한 양자컴퓨터는 단순한 기술적 성취가 아니라 세계가 직면한 가장 복잡한 문제를 해결할 수 있는 열쇠”라며 “자가 치유 소재, 지속 가능한 농업, 더 안전한 화학물질 개발 등 혁신이 가능해질 것”이라고 말했다.

다만 일각에선 MS의 기술만으로 상용화를 말하기엔 이르다는 지적도 나온다. 폴 스티븐슨 영국 서리대 교수는 BBC에 “중요한 진전”이라면서도 “앞으로 어려운 과제가 많다. 낙관만 하기에는 아직 너무 이르다”고 했다.

양자컴퓨터를 둘러싼 패권 경쟁은 한층 거세질 것으로 보인다. 선두에 선 구글과 IBM은 2030년 양자컴퓨터 상용화를 목표로 치열하게 맞서왔다. 지난해 말 각각 차세대 양자 칩 ‘윌로’와 ‘퀀텀 헤론’을 한 달 간격으로 공개하며 속도를 냈다. 여기에 중국과 일본 등 경쟁국도 공격적인 투자에 나서고 있다.

글로벌 경쟁이 격해지고 있지만 한국은 이를 따라잡지 못하고 있다. 지난해 과학기술정보통신부 발표에 따르면, 한국의 양자 기술은 미국, 중국, 독일 등 세계 주요 12개국 가운데 최하위(12위)이다. 정부는 올해 양자 관련 사업에 전년 대비 54% 늘어난 1981억원을 투자하고, 2032년까지 1000큐비트 양자컴퓨터를 개발한다는 목표를 세웠다.

그러나 이날 MS의 마요라나 1 공개로 국내와의 격차는 더 벌어졌다. 한국물리학회는 지난 5일 올해를 ‘세계 양자과학 및 기술의 해(IYQ)’로 선포하고 장기 투자를 강조했다. 윤진희 학회장(인하대 교수)은 “양자과학의 응용 가능성은 무궁무진하다”며 “본질적 탐구가 이뤄질 수 있도록 꾸준한 연구 지원이 있어야 한다”고 말했다.