군주는 여우와 사자를 겸비해야 한다. 사자는 스스로 함정을 막을 수 없고, 여우는 이리를 막을 수 없다. 따라서 함정의 단서를 알기 위해서는 여우가 되고, 이리를 도망가게 하기 위해서는 사자가 되지 않으면 안 된다. - Niccolo` Machiavelli (니콜로 마키아벨리)

양자 정보통신은 초기술 정보통신사회의 패러 다임(paradigm)을 바꿀 매우 중요한 신기술로 자리매김하고 있다. 양자 정보통신을 활용한 양 자 컴퓨터(Quantum computer)는 한 개의 처 리 장치에서 다양한 계산을 동시에 처리할 수 있 어 특정한 문제를 처리하는데 있어 정보 처리량 과 처리속도가 현재의 컴퓨터에 비해 지수적으 로 뛰어나다. 이즈음에서 궁금한 것은 양자(量子, quantum,)란 과연 무엇인가이다. 양자란 더 이 상 나눌 수 없는 에너지의 최소량의 단위를 의미 한다. 복사 에너지에서 처음 발견하여 ‘에너지 양 자’라고 불렀으며 그것이 빛으로서 공간을 진행 할 경우 ‘광양자’라고 한다. 다음은 우리가 다루 는 양자컴퓨터는 반도체가 아닌 원자를 기억소자 로 활용하여 슈퍼컴퓨터의 한계를 뛰어넘는 최 첨단 미래형 컴퓨터를 의미한다. 현재까지 진전 된 기술에는 양자컴퓨터, 양자통신(암호해독 불 가능), 양자레이더(스텔스기 포착), 양자나침반 (핵잠수함 위치 추적), 양자인터넷, 양자센서 등 이 주류를 이루고 있다. 양자 정보처리나 양자통 신, 양자컴퓨터는 모든 가능한 상태가 중첩된 얽 힌 상태를 이용한다. 이 경우 단 한 번의 조작으 로 모든 가능한 상태를 유효하게 조작하게 된다. 기존의 디지털컴퓨터는 2진법을 쓰는데, 이 때 정보의 단위로 비트(bit)를 쓰기 때문에 모 든 데이터가 0 또는 1로 나타난다.(1비트). 하지 만 양자컴퓨터에서는 데이터가 0이면서 동시에 1이 될 수 있다. 이는 양자역학이 가지고 있는 고 유한 특성인 '중첩'을 이용한 것으로 이러한 특 성을 정보의 연산과 처리에 이용하여 기존 디지 털 컴퓨터보다 효율적으로 계산을 수행할 수 있 다는 점이다.

양자컴퓨터는 0 혹은 1의 값만 갖 는 비트(bit) 대신, 양자 정보의 기본 단위인 큐 비트(qubit: quantum bit)를 사용한다. 앞서 1 큐비트는 0 또는 1이 되는데, 양자들을 병렬처리 함으로써 양자컴퓨터의 연산속도는 2n배로 증 가한다는 점이다. 즉 양자역학의 ‘중첩’ 특성 덕 분에 수많은 정보를 병렬연산할 수 있다. 따라 서 큐비트가 2개이면 4배, 4개이면 8배, 4개이 면 16배로 증가하며, 단 10개만 병렬로 연결되 어도 처리속도는 단위시간당 1,024배로 빨라지 는 것이다. 따라서 n개의 큐비트를 사용하면 지수함수적으로 계산공간이 커진다. 이를 양자병 렬성(quantum parallelism)이라 한다. 현재 사 용하고 있는 컴퓨터가 0 또는 1의 비트를 정보 의 단위로 쓰는 데 비해, 양자컴퓨터는 0과 1뿐 만 아니라 0과 1이 동시에 될 수 있는 양자비트 (quantum bit), 즉 큐비트(qubit)로 계산을 한 다. 비트의 0과 1은 서로 배타적이어서 0이거나 0이 아니거나 둘 중 하나이다. 하지만 큐비트의 세계에서는 0이면서 0이 아닐 수도 있다. 중첩 (superposition)이 일어난다는 말이다. 우리나라의 경우 2022년 6월 최근에 과학 기술정보통신부(과학기술정보통신부 공고 제 2022 – 0665호)는 양자 기술의 조기 습득을 위 해 양자 기술 선도국과의 전략적 국제협력을 통 해 핵심 기술 및 역량을 빠르게 확보하여 우리나 라 양자기술 경쟁력을 획기적으로 제고시키는 노력을 전개하고 있다. 양자 기술에 있어 우리나 라는 미국, 캐나다 등 선진국에 비해 7년 이상 뒤 쳐져있는 것이 사실이다. 이러한 양자 기술은 미국과 중국이 세계를 양분하고 있다. 불과 몇 해 전 중국이 드디어 일을 해냈다. 과학 기술로 세계 최강 미국의 자부심을 꺾었다. 우주 개발이 아닌데도 미국 일각에서 “옛 소련의 스푸 트니크 인공위성 발사에 맞먹는 충격”이라는 반 응이 쏟아졌다. 미국 의회는 들끓었다. 중국의 행 보를 분석하는 정책 청문회가 열렸다.(중앙일보, Opinion :권혁주 논설위원이 간다: 중국의 양자 기술, 미국 에 ‘스푸트니크 충격’을 던지다, 2019.05.07.) 미국을 깜 짝 놀라게 한 분야는 다름 아닌 바로 ‘양자(정보) 기술’이다. 이미 중국은 2016년 인공위성 모쯔(墨子,묵자)를 쏘아 올렸다. 그러곤 지상과 양자 암호 처리된 교신을 했다. 이듬해엔 베이징(北京)에서 상하이(上海)까지 약 2,000km를 잇는 양자 암호 통신망을 설치했다. 미국 경제지 포브스(Forbes)는 “중국이 해킹 불가능한 양자 통신 네트워크에서 세계를 선도하 고 있다”고 전했다.

왜 이처럼 중국이 양자 기술 에 사활을 걸고 있는 것일까? 왜냐하면 미국과 중 국이 기술패권 갈등이 가속화되고 있는 가운데 중국이 지금까지의 모든 기술적 영세를 한 번 에뒤집을 수 있는 양자 기술에 집중하고 있다. 특히 중국은 양자 기술의 개발은 경제적인 위협이 아 닌 군사적 위협을 동반하는 국가안보로 인식하고 있다는 점에 주목할 필요가 있다. 많은 전문가들 은 양자 기술 분야에서 중국이 미국을 앞서고 있 다는 예상을 하고 있다. 미국·중국·EU만 양자정 보에 집중하는 게 아니다. 독일·영국·네덜란드는 EU와 별개로 국가적 프로젝트를 추진하고 있다. 캐나다·호주·이스라엘·싱가포르도 일찍이 양자정 보 기술의 중요성에 눈을 떠 국가의 역량을 집중하 고 있다. 일본은 세계 최초로 양자컴퓨터용 큐비트 를 개발하는 저력을 보여주었다. 자체 기술을 확보 하지 않으면 국가 안보에 심각한 위협이 발생할 수 있다는 판단이 작용했다. 이처럼 양자 기술이 국 방 및 군사기술에 미치는 영향은 상상을 초월할 만 큼 중요한 포지션을 갖고 있다는 것이 군사전문가 들의 공통된 견해이기도 하다. 양자컴퓨터는 빅테 크 기업들을 앞세운 미국이 선도하고 중국이 추격 하는 형국이지만, 양자암호통신에서는 중국이 이 미 세계 최고 수준이라는 것이 정설이다. 양자암호 통신은 얽힌 광자쌍을 이용해 송신자와 수신자 사 이에 암호키를 분배하는 것이 핵심이다. 양자는 복 제가 불가능하고 도청이나 감청을 시도하면 양자 상태가 바뀌어 즉시 감지할 수 있다. 그래서 도·감 청이 불가능한, 궁극의 보안 통신으로 여겨진다.(중 앙일보, Opinion: 박상욱의 미래를 묻다: 미·중 기술패권 경 쟁의 핵으로 떠오른 양자과학기술, ‘게임 체인저’ 양자컴퓨터, 2021.12.06.). 최근 서구 각 국가들이 앞 다투어 진행하고 있 는 자율주행차 등 고도의 인공지능(AI) 분야에도 양자 기술은 쓰일 수 있다는 점이다. 향후 인공 지능 분야는 디지털 전장 환경 구현을 위해 요구 되는 최적의 기술임에 틀림없다. 또한 인공지능 분야는 로봇, 드론, 무인이동체계의 무기체계와 연동되는 시너지효과를 가져온다는 점에서 군사 기술혁신 분야에서 매력적인 첨단 기술이다. 이 처럼 고전 컴퓨팅방식으로 만들어진 고전 컴퓨 터와 양자컴퓨터에서 동일한 문제를 해결하는데 걸리는 시간의 차이는 대략 1억배의 차이가 난 다고 알려져 있다. 고전 컴퓨터로 12.7년 걸리는 문제를 4초 만에 풀 수 있다는 것이다.
 
양자 기술과 관련 우리나라는 ‘2030년 양자 기술 4대 강국’ 목표로 양자컴퓨팅·양자통신 분 야에서 선도국과의 기술 격차를 빠르게 만회하 기 위해 관련 기술과 인프라를 집약 개발하는 대 규모 양자시스템 사업*의 본격적 착수를 알리고, 부족한 국내 자원·역량의 한계를 딛고 사업을 성 공적으로 추진할 수 있도록 산학연 참여 및 결집 을 확산하고자 보고회를 개최했다. * 양자컴퓨팅 연 구인프라 구축(‘22~’26, 490억원), 양자인터넷 핵심원천기술 개발(‘22~’26, 456억원, 과기정통부, 2022. 6.9. 보도자료). 중국의 양자컴퓨터 시제품 주장(九章)은 세계 에서 가장 빠른 일본 슈퍼컴퓨터 후가쿠가 풀려 면 6억년이 걸리는 연산 문제를 단 200초 만에 해결 했다. 이는 미국 구글(Google)의 양자컴퓨 터 칩 시커모어(Sycamore)보다 100억 배 빠른 것이다. 지난 2019년 10월 구글(Google)은 슈 퍼컴퓨터로 1만 년 걸리는 연산을 단 200초 만 에 해결할 수 있는 퀀텀 컴퓨터 기술을 개발했 다. 양자컴퓨터는 슈퍼컴퓨터를 능가하는 계산 능력으로 신물질이나 신약 개발, 금융, 물류 등 폭넓은 분야에서 활용이 기대되는 첨단 미래형 컴퓨터다. 양자 컴퓨터 개발에 성공하면 전 세계 금융 거래와 전자상거래 내역, 군사·민간 암호가 손바닥 안에 들어온다. 미국과 유럽연합(EU), 러 시아 등이 양자 컴퓨터 개발에 사활을 거는 이유 다.(최예지, 아주경제, 中 양자컴퓨터 “슈퍼컴퓨터로 6억 년 걸리는 연산, 200초 만에 푼다”, 2020-12-04) 현재의 암호화 방법은 기존의 컴퓨터로 해독하기에는 오랜 시간이 걸리지만, 양자 컴퓨터는 이 시간을 수십 배 줄여 단번에 암호를 풀어낼 수도 있다. 10년 후 기존 통신망이 양자컴퓨터를 통해 뚫릴 수 있다는 전망이 나오는 만큼 자칫 잘못할 경우 데이터베이스, 이메일 및 군사 통신과 같은 주요 정보가 유출될 수도 있다. 미국 국가 방첩 및 보안 센터(US National Counterintelligence and Security Center)는 보고서를 통해 “양자 컴퓨터를 적대적인 사용자가 이용할 경우, 국가 안보 시스템과 국가에 치명적일 수 있다”고 밝혔다.(오영주, 시사주간, '슈퍼 컴퓨터보다 강력' 양자컴퓨터가 온다, 2021.12.10 http:// www.sisaweekly.com) 현재 양자컴퓨터 기술의 선두는 단연 중국과 미 국이다. 현재 미국은 구글(Google)의 53큐비트 시제품, IBM의 127큐비트 서비스가 개발되었다. 중국은 이미 2021년 50큐비트 양자컴퓨팅을 구 축했다. 영국과 호주는 각 2025년, 2030년 까지 100큐비트를 개발한다는 구상을 가지고 있다. 한 국은 이제 걸음마 수준이다. 한국은 2022~2026 년까지 4년간 490억원 들여 50큐비트 양자컴퓨 터를 구축한다는 구상을 가지고 있다.

한국은 현 재 상황에서 기술추격에 나서지 않으면 향후 양자 기술 경쟁력 확보를 위한 재도전의 기회가 사라지 고 말 것이라는 공감대에서 급조해서 출발했다. 양자 컴퓨팅 기술이 탄생한 지는 거의 40년이 지났다. 제4차 산업 혁명의 시기 중국은 양자 기 술에서 얻은 성과를 군사과학기술에 접목하려는 시도를 지속하고 있다. 이는 날로 점증하는 미국 과의 기술격차를 줄이려는 중국의 의지가 보이는 대목이 아닐 수 없다. 중국은 이와 더불어 인공위 성, 우주과학 기술도 중국이 미국을 초월하려는 의지를 곳곳에서 볼 수 있다. 이와 관련 인공지능 (AI) 분야 국가적 역량을 집중하고 있음은 이미 알 려진 사실이다. 양자 기술을 활용한 분야는 군사 과학기술분야뿐 아니라 점차 그 영역을 확장하고 있다. 양자 기술이 구현되어 활용된다면 현재 사 용하고 있는 암호화체계는 완전 무력화되어 군사 작전에는 치명타가 아닐 수 없다. 아직까지 군사 분야 혁신사례는 보고되지 않았으나, 미국과 중국 을 중심으로 급격한 진전을 보이고 있는 양자 기 술에서 조만간 가시적인 성과가 나타날 것이다.