50큐비트 양자컴퓨터 국산 모델 '시선 집중'

[AI페스타 2026] 한국표준과학연구원 "다이아몬드 양자 센서도 개발"

8일까지 코엑스에서 열리는 AI페스타 행사 중 하나로 마련된 양자·보안특별관에서는 특별한 양자컴퓨터가 관람객들의 발길을 붙들었다.

한국표준과학연구원(KRISS)이 개발중인 50큐비트 초전도 방식의 황금빛 양자컴퓨터 모형이 자리하고 있다.

표준연은 초전도 기반 양자컴퓨팅을 오는 2029년까지 오류정정 100큐비트 규모로 확장을 시도 중이다.

초전도 기반 양자컴퓨팅은 현재 상용화에 가장 근접한 기술로 평가 받는다. 초전도 큐비트는 영하 273도에 가까운 극저온에서 열적 요동이 거의 없는 초전도 상태를 활용해 구현한다.

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이 방식은 기존 반도체 인프라를 활용할 수 있어 큐비트 수의 확장성이 크고 연산속도가 빠르다는 지니며, 구글·IBM 등 대부분의 빅테크 기업이 채택하고 있다. 국내 최초 양자컴퓨팅도 초전도 기반으로 설계됐다.

표준연은 지난 2024년 국내 연구기관과 협업해 ‘20큐비트급 초전도 양자컴퓨팅 시스템’을 개발하고 첫 시연했다. 이어 2025년 3월에는 사용자가 웹 서버를 통해 원격으로 양자컴퓨팅에 접근하고 수요에 맞게 활용할 수 있는 ‘클라우드 시스템’까지 선보이며 상용화 기반을 마련했다.

현재 표준연은 내년 3월을 목표로 50큐비트급 양자컴퓨터 시스템 개발 및 클라우드 구축을 목표로 하고 있다. 2029년까지 100큐비트 확장과 함께 노이즈에 취약한 양자 연산의 신뢰성을 확보하는 핵심 난제인 양자 오류정정 기술 적용에 도전하고 있다.

중성원자 양자컴퓨팅 개발도 추진 중이다. 목표는 오는 2029년까지 1000큐비트급 양자컴퓨터 개발이다.

중성원자 양자컴퓨팅은 전하를 띠지 않는 원자를 레이저로 만든 광집게에 개별적으로 포획해 각 원자를 하나의 큐비트로 사용하는 방식이다. 원자의 내부 에너지 준위를 큐비트 상태로 정의하고 레이저를 통해 정밀하게 제어·측정하는 원리다.

초전도에 비해 큐비트 상태를 더 오래 안정적으로 유지할 수 있어 계산 정확도가 비교적 높고, 극저온 냉각장치가 필요 없다는 장점이 있다. 특히 초전도 방식을 추진하던 구글도 최근 중성원자 방식에 뛰어들 만큼 글로벌 빅테크의 주목을 받고 있다.

한국표준과학연구원은 100큐비트급 중성원자 양자컴퓨팅 원자제어 원천기술을 확보했다. 오는 2029년까지 1,000큐비트 규모로 확장하고 중성원자 양자처리장치(QPU) 설계기술을 개발할 계획이다.

다이아몬드 양자센서도 개발 중이다.  양자센서는 최근 이란에서 격추된 미군 조종사가 먼 거리에서 극적으로 구출되었을 때, 미국 백악관과 CIA가 원거리에서 조종사의 심장박동을 탐지해 위치를 찾아낸 일명 ‘유령의 속삭임(Ghost Whisper)’이라는 새로운 양자센서 기술이 적용됐다고 보도돼 파장을 일으킨 바 있다.

과학계에서는 심장 자기장이 지구 자기장의 수만~수억 분의 일에 불과할 정도로 극도로 미약하고 거리 멀어짐에 따른 신호 감쇠가 커서 회의적인 시각을 보내기도 했다.

현장에 가면 한국표준과학연구원이 개발 중인 모든 기술에 대한 설명을 들을 수 있다.

이용호 표준연 양자컴퓨팅연구단장은 "질소-공공 결함(NV 센터)이 포함된 다이아몬드를 활용해 인체의 심장박동처럼 극미세 자기장 변화를 감지할 수 있는 원천기술을 연구하고 있다"며 "극한의 정밀도를 요구하는 미래 생체 신호 및 첨단 자기장 측정 시장에서 KRISS는 세계적 수준의 측정 역량을 지니고 있다"고 설명했다.