양자컴퓨터 실용화 (DARPA QBI, 선정 기업, 검증 단계)

양자컴퓨터가 정말 10년 안에 실용화될 수 있을까요? 일반적으로 양자컴퓨터는 아직 먼 미래의 기술이라고 알려져 있지만, 제가 지난번 글을 쓴 이후 추적해 본 결과 생각보다 빠르게 움직이고 있었습니다. DARPA의 양자 벤치마킹 이니셔티브(QBI)가 본격적으로 가동되면서 17개 기업이 Stage A에 선정되었고, 이들은 앞으로 6개월간 자신들의 양자컴퓨터 개념을 검증받게 됩니다. 구글, IBM, Ion Q 같은 익숙한 이름들도 포함되어 있어서 더 흥미로웠습니다.

 

양자센서 실용화 (환경 내구성, 군사 적용, 위치 측정 혁신)

DARPA QBI Stage A에 선정된 17개 기업

 

2024년 7월에 시작된 QBI 프로그램은 2033년까지 실용 규모의 내결함성 양자컴퓨터(fault-tolerant quantum computer)를 만들 수 있는지 검증하는 것이 목표입니다. 여기서 내결함성이란 양자컴퓨터가 작동 중 발생하는 오류를 스스로 감지하고 수정할 수 있는 능력을 의미합니다. 쉽게 말해 계산 도중 잡음이나 간섭으로 정보가 손상되더라도 정확한 결과를 낼 수 있다는 뜻입니다.

 

선정된 기업들이 채택한 큐비트(qubit) 기술은 정말 다양했습니다. 큐비트는 양자컴퓨터의 기본 정보 단위로, 기존 컴퓨터의 비트(0 또는 1)와 달리 0과 1을 동시에 표현할 수 있는 양자역학적 특성을 가진 단위입니다. 초전도 큐비트를 사용하는 Alice & Bob, Google Quantum AI, IBM, Rigetti Computing부터 포획 이온 방식의 IonQ, Quantinuum, Oxford Ionics, 중성 원자를 활용하는 Atom Computing과 QuEra Computing, 그리고 광자 기반의 Xanadu까지 각자의 기술로 승부를 걸고 있었습니다.

 

제가 주목한 건 실리콘 기반 스핀 큐비트 기술을 사용하는 기업들이었습니다. Diraq, Quantum Motion, Silicon Quantum Computing 같은 곳들인데, 이 방식은 기존 반도체 공정을 활용할 수 있다는 장점이 있습니다. 개인적으로는 양자컴퓨터가 대중화되려면 제조 공정의 확장성이 중요하다고 보는데, 실리콘 기반 기술이 이 부분에서 유리할 수 있다는 생각이 듭니다.

3단계 검증 프로세스와 실제 평가 방식

 

QBI는 단순한 경쟁이 아니라 철저한 검증 프로그램입니다. Stage A는 6개월간 진행되며, 선정된 기업들은 자신들의 기술 개념이 실제로 10년 안에 실용적인 내결함성 양자컴퓨터로 발전할 수 있는지 상세한 기술 자료를 제출해야 합니다. 프로그램 매니저인 조 알테피터는 미국 양자 전문가 팀 앞에서 하루 종일 진행된 구두 발표를 통과한 기업들이라고 밝혔습니다.

 

솔직히 이 과정이 예상보다 훨씬 까다로워 보였습니다. Stage A를 통과하면 1년간 진행되는 Stage B로 넘어가는데, 여기서는 연구개발 계획 전체를 정밀하게 검토받습니다. 단순히 내년 목표만 보는 게 아니라 장기적으로 이 기술이 완성될 수 있는지를 평가한다는 점에서 제 경험상 일반적인 정부 지원 프로그램과는 차원이 달랐습니다.

 

최종 Stage C에서는 독립 검증 및 검증(IV&V) 팀이 실제 하드웨어를 실시간으로 평가합니다. 여기서 중요한 점은 IV&V 팀이 부품, 하위 시스템, 알고리즘 등 모든 구성 요소를 테스트하면서도 기업의 개발 속도를 늦추지 않는다는 것입니다. 이미 마이크로소프트와 PsiQuantum이 선행 프로그램인 US2QC의 최종 단계에 진입해 있는 상태입니다.

선정 기업들의 기술적 접근법 차이

각 기업이 선택한 큐비트 기술을 보면 양자컴퓨팅 분야가 얼마나 미지의 영역인지 알 수 있습니다. 초전도 큐비트를 사용하는 기업들이 가장 많았는데, Google의 트랜스몬 큐비트(transmon qubit)나 Atlantic Quantum의 플럭소늄 큐비트(fluxonium qubit) 같은 변형 기술들이 등장했습니다. 트랜스몬은 초전도 회로에서 전하 잡음에 덜 민감하도록 설계된 큐비트 종류이고, 플럭소늄은 자기 플럭스를 이용해 더 긴 결맞음 시간을 확보하려는 방식입니다.

 

Nord Quantique는 보손 오류 정정(bosonic error correction)이라는 독특한 접근법을 채택했습니다. 보손 오류 정정이란 광자나 포논 같은 보손 입자의 특성을 활용해 양자 정보를 보호하는 기술로, 기존 방식보다 적은 물리적 큐비트로도 논리적 큐비트를 구현할 수 있다는 장점이 있습니다.

 

제가 흥미롭게 본 부분은 Alice & Bob의 '고양이 큐비트(cat qubit)' 기술이었습니다. 이름이 독특한데, 슈뢰딩거의 고양이처럼 중첩 상태를 유지하는 특성에서 따온 명칭입니다. 일반적으로 큐비트는 외부 환경과의 상호작용으로 정보가 쉽게 손실되는데, 고양이 큐비트는 특정 종류의 오류에 대해 자연스럽게 보호되는 구조를 가지고 있다고 합니다.

 

포획 이온 방식을 채택한 기업들도 주목할 만합니다. IonQ와 Quantinuum은 이온을 레이저로 포획해 큐비트로 사용하는데, 이 방식은 큐비트 간 연결성이 좋고 오류율이 낮다는 장점이 있습니다. 특히 Quantinuum의 QCCD(Quantum Charged Coupled Device) 아키텍처는 이온들을 동적으로 이동시키면서 연산을 수행하는 방식입니다.

양자컴퓨터 상용화를 둘러싼 현실적 고민

솔직히 말하면 양자컴퓨터 분야는 여전히 일반인이 이해하기 어려운 영역입니다. 제가 관련 자료를 계속 찾아보면서 느낀 건, 양자역학 자체가 우리가 일상에서 경험하는 모든 물리 법칙과 다르기 때문에 직관적으로 이해하기 힘들다는 점입니다. 큐비트가 동시에 여러 상태로 존재한다는 중첩(superposition) 개념이나, 두 큐비트가 멀리 떨어져 있어도 즉각적으로 영향을 주고받는 얽힘(entanglement) 현상 같은 것들은 수식으로는 설명되지만 체감으로는 와닿지 않습니다.

 

이런 상황에서 가장 우려되는 건 기사나 보도자료에 대한 맹목적 믿음입니다. 제 경험상 신기술 분야는 항상 과장된 홍보가 따라다니는데, 양자컴퓨팅도 예외가 아닙니다. "○○ 기업이 양자 우위를 달성했다"는 식의 헤드라인이 나올 때마다 주가가 요동치고 투자 심리가 흔들리는 걸 봤습니다.

 

DARPA의 QBI 프로그램이 중요한 이유가 바로 여기에 있습니다. 알테피터 매니저가 강조했듯이, 이 프로그램은 "양자컴퓨팅의 과대광고와 실체를 구분하기 위한" 세계적 수준의 독립 검증 팀을 구축했습니다. 정부 차원에서 공정하게 검증한다는 점에서 투자자나 일반인 입장에서는 신뢰할 만한 기준점이 될 수 있습니다.

 

다만 제가 보기엔 현재 선두를 달리는 건 여전히 마이크로소프트와 PsiQuantum입니다. 이 두 기업은 이미 US2QC 프로그램의 최종 단계에 있고, QBI의 Stage C와 동일한 검증을 받고 있습니다. 새로 선정된 17개 기업이 아무리 혁신적인 기술을 가지고 있어도, 최소 1년 반 이상의 검증 과정을 거쳐야 같은 단계에 도달할 수 있습니다.

 

양자컴퓨터가 언제 실생활에 영향을 미칠지는 아직 미지수입니다. 하지만 분명한 건 정부와 민간 기업이 실용화를 향해 구체적인 로드맵을 가지고 움직이고 있다는 점입니다. 저는 앞으로도 QBI 프로그램의 진행 상황을 계속 추적하면서, 어떤 기술이 실제로 검증을 통과하고 어떤 기업이 탈락하는지 지켜볼 생각입니다. 양자컴퓨팅 분야에 관심이 있으시다면 단편적인 뉴스보다는 DARPA 같은 공신력 있는 기관의 공식 발표를 참고하시길 권합니다. 과장된 기사에 흔들리지 않고 핵심 기술을 가진 기업을 선별하는 것, 그게 지금 우리가 할 수 있는 최선의 접근법이라고 생각합니다.

---

참고: https://www.darpa.mil/news/2025/companies-targeting-quantum-computers
기사: https://www.techdaily.co.kr/news/articleView.html?idxno=27064

IBM, 양자 우위 달성 및 오류 내성 양자 컴퓨터 핵심 기술 발표.. - 테크데일리(TechDaily)