IBM, 연세대·후가쿠와 양자 슈퍼컴퓨팅 구축…난치병 정복 도전

30년 걸릴 초거대 연산 한계 돌파…신생아 희귀질환 '리 증후군' 원인 규명 나서

연세대학교가 일본 이화학연구소(RIKEN), IBM과 손잡고 양자컴퓨터와 슈퍼컴퓨터를 결합한 초대형 연구 프로젝트에 착수하며 난치병 정복에 나섰다.

연세대학교는 슈퍼컴퓨터 '후가쿠(Fugaku)'와 자교의 'IBM 퀀텀 시스템 원'을 연결해 기존 계산 방식으로는 접근이 어려웠던 생명 현상의 원인을 규명하는 연구를 시작했다고 20일 밝혔다. 

이번 프로젝트는 양자컴퓨팅과 초고성능 컴퓨팅(HPC)을 결합한 '양자 중심 슈퍼컴퓨팅' 구조를 기반으로 한다.

(왼쪽부터) 정재호 연세대 양자사업단장, 윤동섭 총장, RIKEN 고노카미 마코토 이사장, 마츠오카 사토시 R-CCS 센터장, 사토 미츠히사 본부장(이미지=IBM)

이번 연구의 핵심 과제는 대표적인 난치 질환인 '리 증후군(Leigh Syndrome)'의 발병 메커니즘 규명이다. 해당 질환은 미토콘드리아가 정상적으로 에너지를 생성하지 못하면서 신생아에게 치명적인 영향을 미치는 질병이다. 세포 내 미토콘드리아는 음식에서 얻은 에너지를 전자 전달 과정을 통해 변환하는 역할을 하지만, 유전자 변이로 이 과정에 문제가 생기면 질환으로 이어진다.

문제는 이 과정을 정확히 분석하기 위해 필요한 계산 규모다. 연구진에 따르면 약 10억×10억 규모의 행렬 연산이 요구되며, 이는 기존 슈퍼컴퓨터로도 수십 년이 걸릴 수 있는 수준이다. 실제로 초당 100경 번 연산이 가능한 최고 성능 시스템을 활용하더라도 수십 년 이상이 소요될 것으로 추정된다.

이러한 한계를 극복하기 위해 연세대와 IBM, RIKEN은 슈퍼컴퓨터와 양자컴퓨터를 결합한 새로운 계산 구조를 도입했다. 대규모 연산은 슈퍼컴퓨터가 담당하고, 복잡한 양자 상태 계산은 양자컴퓨터가 처리하는 방식이다. 이를 통해 기존 대비 훨씬 빠르고 정밀한 분석이 가능할 것으로 기대된다.

연세대 IBM 양자컴퓨터-리켄 슈퍼컴퓨터 연결 개념도(이미지=IBM)

이번 프로젝트는 단순한 공동 연구를 넘어 국가와 기관 간 초연결 인프라 구축이라는 점에서도 의미가 크다. RIKEN은 이미 IBM 양자 시스템과 후가쿠를 연결한 경험을 갖고 있으며, 연세대는 이를 기반으로 국제 공동 연구 체계를 확장했다. 다국적 연구진이 참여하는 초학제 협력 구조도 함께 구축됐다.

연세대는 이번 인프라를 기반으로 '양자-AI 알고리즘 센터'를 본격 가동할 계획이다. 향후 난치암, 노화 등 생명과학 전반의 난제를 해결하는 연구로 확대하고, 인천시와 협력해 국가 차원의 양자 클러스터로 발전시키겠다는 구상이다.

정재호 연세대 양자사업단장은 "계산 능력의 한계가 과학 연구의 경계를 제한해 왔다"며 "양자컴퓨터와 슈퍼컴퓨터의 결합을 통해 인류가 풀지 못했던 문제에 도전할 수 있는 기반을 마련했다"고 밝혔다.