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[서울=뉴스핌] 배상희 기자 = <[양자 시대] ⑥美 바짝 추격 中 양자기술, 어디까지 왔나>에서 이어짐.

◆ 양자기술 '3대 핵심 영역' 고속성장 기대

양자 기술은 △양자 컴퓨팅(하드웨어∙소프트웨어∙클라우드 서비스 등) △양자 통신(양자 키 분배<QKD>∙양자암호통신∙위성통신∙광섬유통신) △양자 정밀 측량(양자 센싱, 중력센서∙원자시계∙양자 이미지 센서 등)의 3가지 분야를 아우르는 광범위한 개념이다.

① 최대 성장여력 보유 '양자 컴퓨팅'

양자 컴퓨팅은 가장 큰 성장 여력을 보유한 양자기술 분야다. 양자비트의 중첩과 상호 간섭 특성을 활용해 연산 속도를 지수적으로 가속화하는 새로운 계산 패러다임으로, 산업 발전의 미래 열쇠로 주목 받고 있다. 향후 양자 컴퓨팅 연구의 초점은 양자 오류 수정 기술과 실용화 검증 두 가지 방향에 맞춰질 전망이다.

전 세계적으로 양자 컴퓨팅은 아직 NISQ(Noisy Intermediate Scale Quantum, 중간 규모의 노이즈가 있는 양자 시스템) 단계에 머물러 있으며, 기술 연구개발과 응용 탐색이 중심이다. 양자 비트의 품질, 측정 및 제어 시스템, 외부 간섭 등의 난제가 여전히 존재해 아직 실질적 응용 단계에는 도달하지 못한 상태다.

향후 양자 컴퓨팅 분야는 매우 큰 보폭으로 고속 성장할 전망이다.

중국 양자 기술 데이터 제공업체 퀀텀차이나(光子盒)에 따르면 2024년 50억4000만 달러 정도였던 전세계 양자 컴퓨팅 시장 규모는 연평균 복합성장률(CAGR) 87.64%로 고속 성장해 2030년에는 2199억7800만 달러에 도달하고, 2035년에는 범용적인 내결함성(일부 구성요소에 장애가 발생해도 전체 시스템이 중단 없이 계속 작동할 수 있는 능력) 단계에 진입하면서 시장 규모가 약 8077억5000만 달러에 달할 것으로 예측된다.

중국 국금증권(國金證券) 보고서가 핀란드 양자컴퓨팅 기업 IQM 데이터를 인용해 소개한 바에 따르면 2024년 전세계 양자 컴퓨팅 기업의 총 매출 규모는 13억4600만 달러에서 2030년 181억5800만 달러로 51.90%의 CAGR로 성장할 전망이다. 

② 상업화∙기술성숙도 선도 '양자 통신'

양자 통신 분야는 상업화 진행 속도가 가장 빠르고 기술 성숙도가 가장 높은 양자기술로 꼽힌다.

양자 복제 불가능 정리, 양자 얽힘 효과 및 하이젠베르크의 불확정성 원리 등 양자 역학적 특성을 기반으로 하여 △양자 키 분배(QKD, quantum key distribution) △양자 공간 이동(QT, Quantum teleportation) △양자 안전 직접통신(QSDC, Quantum Secure Direct Communication) 등의 핵심 기술을 통해 정보의 안전한 전송을 실현한다.

그 중에서도 기술 성숙도가 가장 높은 QKD의 경우 전 영역 통신 보안 체계의 지속적인 업그레이드를 견인할 것으로 기대된다. 현재 양자 비밀통신의 응용은 주로 QKD 링크를 이용한 데이터센터 보안, 양자 난수 생성(QRNG, Quantum Random Number Generation) 분야에 집중되어 있으며 정부∙국방 등 특수한 영역의 보안 응용으로도 확장되고 있다. 향후 QKD 네트워킹 기술이 더욱 성숙화되고 단말 장비가 소형화·이동화됨에 따라 QKD는 통신망, 기업망, 개인 및 가정, 클라우드 저장소 등 보다 광범위한 응용 분야로 확대될 전망이다.

중국 양자 통신 기술은 이미 상용화 조건을 갖추었으며, 양자 보안 네트워킹이 빠르게 구축되고 있다.

최근 몇 년간 중국은 양자 통신 분야의 산업화를 가속화하고 있으며, '징후 간선(京滬幹線, 베이징과 상하이를 연결하고 지난<濟南>과 허페이<合肥>를 관통하는 2000여 km 거리의 양자통신 백본 네트워크)'과 '우허 간선(武合幹線, 우한<武漢>과 허페이를 연결하는 2000여 km 거리의 양자통신 백본 네트워크)'을 대표로 하는 지상 양자통신 백본 네트워크(대규모 통신 네트워크의 중심망)는 '묵자호(墨子号)' 양자 과학실험 위성과 결합하여 천지 일체화(天地一體化) 양자통신 네트워크를 형성했다. 

현재 중국이 구축한 양자 비밀통신 광케이블 총 길이는 1만2000 km를 돌파했으며, 웨강아오(粵港澳, 홍콩∙마카오∙광둥성), 징진지(京津冀, 베이징∙톈진∙허베이), 장강삼각주(長三角, 상하이시∙장쑤성∙저장성∙안후이성 등의 41개 도시), 청위(成渝, 청두∙충칭) 등 주요 지역을 아우른다.

양자 비밀통신 네트워크의 구축은 광섬유 네트워크 인프라와 긴밀히 융합되고 있으며, 인프라가 지속적으로 보완됨에 따라 대규모 배치가 가능해질 전망이다.

2024년 말 기준 중국 전국 광케이블 노선 총 길이는 7000만 km를 넘어서면서, 향후 양자 비밀통신 네트워크의 대규모 구축의 기반을 마련한 상태다.   

중국 중국상업산업연구원(中商產業研究院)에 따르면 중국의 양자통신 시장 규모는 2020년 540억 위안에서 2024년 892억 위안으로 증가했으며, CAGR은 13.4%에 달해 안정적인 성장세를 보였다. 2025년에는 시장 규모가 937억 위안에 이를 것으로 예상되며, 산업의 성장 잠재력은 계속해서 확장될 전망이다.

③ 다운스트림 응용 가속 '양자 정밀 측량'

양자 정밀 측량 기술은 양자역학 원리에 기반한 고정밀 센싱 측정 기술로, 전통적인 측정 방식에 비해 측량 결과의 정밀도를 획기적으로 향상시킬 수 있다.

측량 과정은 양자 상태 초기화, 측정 대상 물리량과의 상호작용, 최종 양자 상태의 판독, 결과 처리 등의 단계로 분류된다.

특정 양자 시스템(eg. 원자∙이온∙광자 등)과 측정 대상 물리량(eg. 자기장∙중력장 등)의 상호작용을 활용해 양자 상태의 변화를 유도하고, 시스템의 최종 양자 상태를 판독하며, 데이터 후처리 과정을 거쳐 초고정밀 물리량 탐지를 실현하는 것이다.

현재 양자 정밀 측량 기술은 에너지 탐사, 뇌 영상 등 다양한 핵심 분야에서 상업화 응용이 이루어지고 있다. 기술 성숙도가 높아짐에 따라 국방안보, 정밀의료, 항공우주 등 고부가가치 산업으로의 침투를 더욱 가속화할 전망이다.

퀀텀차이나가 제공한 데이터에 따르면 2035년까지 전 세계 양자 정밀 측량 산업 규모는 44억9700만 달러에 이를 것으로 예상되며, 그 중 다운스트림 응용 규모는 약 17억9900만 달러에 달할 것으로 추산된다.

<[양자 시대] ⑧기관 관심도 집중된 '고성장 양자기술 A주'>로 이어짐.

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pxx17@newspim.com