"빅테크도 벤처업계도 도전장" 양자 컴퓨팅, 테크업계 미래 먹거리로 주목

양자 컴퓨팅 시장, 5년 내 40억 달러 규모로 성장 전망
빅테크·벤처업계 나란히 양자 컴퓨팅 기술 개발 총력
기술 상용화될 시 고전 컴퓨터 한계 뛰어넘을 수 있어

양자 컴퓨팅이 테크업계의 '미래 먹거리'로 떠오르고 있다. 글로벌 테크 시장을 선도하는 미국 빅테크는 물론, 각국 벤처업계도 시장 선점을 위한 공격적인 투자를 이어가는 양상이다.

BoA, 양자 컴퓨팅에 낙관적 전망 제시

25일(현지시각) 미국 경제 매체 CNBC에 따르면, 왐시 모한 애널리스트가 이끄는 뱅크오브아메리카(BoA) 리서치 팀은 최근 보고서를 통해 양자 컴퓨팅 시장 규모가 지난해 3억 달러(약 4,240억원)에서 2030년 약 40억 달러(약 5조6,000억원) 규모까지 성장할 것으로 내다봤다. 보고서는 “양자 컴퓨팅의 가능성은 확실하지만, 현재는 확장 과정에서 기술적 난관이 존재한다”며 “도입 초기에는 점진적인 보급과 상대적으로 안정적인 가격을 전제로 하고 있다”고 설명했다.

아울러 BoA는 양자 컴퓨팅이 보편화할 경우 ‘페이 애즈 유 고(pay as you go·쓰는 만큼만 돈을 내는 방식)’ 방식의 온디맨드 인프라가 조성될 것이라 전망했다. 나아가 순수 양자 컴퓨팅 기업과 대형 기술 기업들이 양자 알고리즘 구축·운영용 플랫폼 개발, 하드웨어 제작 등 다양한 분야에서 연구·개발(R&D)을 강화 중이며, 클라우드 기반의 하드웨어 접근, 오류 정정 기술, 신규 알고리즘 개발 등을 중심으로 비즈니스 모델이 형성되고 있다고 분석했다.

현재 적극적으로 양자 모델 연구를 진행하는 기업으로는 IBM, 알파벳(구글 모회사), 엔비디아, 마이크로소프트(MS) 등이 꼽힌다. IBM은 양자 컴퓨팅 분야에서 가장 오래된 기업이자 '선구자'로 꼽히는 업체로, 초전도 큐비트(superconducting qubit)와 클라우드 우선 전략에 집중하고 있다. 알파벳의 퀀텀 AI(Quantum AI) 부문은 대규모 오류 수정형 양자 컴퓨터를 위한 하드웨어와 소프트웨어를 동시에 개발 중인 것으로 전해진다.

벤처 자금도 양자 컴퓨팅에 몰려

벤처업계에서도 양자 컴퓨팅 열풍이 두드러지는 추세다. 앞서 핀란드 기업 IQM은 시리즈 B 투자 라운드를 통해 3억2,000만 달러(약 4,520억원) 규모의 투자를 유치했다. 양자 컴퓨터 개발에 주력하고 있는 허니웰의 합작 법인 퀀티넘(Quantinuum)도 지난 4일 보도자료를 통해 6억 달러(약 8,480억원) 규모의 자본을 조달했다고 발표했다. 미국 양자 정보기술 기업 인플렉션(Infleqtion)은 특수목적법인(SPAC)을 통해 기업공개(IPO)를 추진할 계획이며, 5억4,000만 달러(약 7,630억원)의 자금 조달을 목표로 하고 있다고 밝혔다.

최근에는 미국 캘리포니아주 팔로알토 소재 스타트업 사이퀀텀(PsiQuantum)이 70억 달러(약 9조8,900억원)의 회사 가치로 10억 달러(약 1조4,100억원) 규모의 시리즈 E 투자를 유치하는 데 성공하기도 했다. 이는 현재까지 양자 컴퓨팅 기술 분야에서 진행된 단일 투자 중 최대 규모다. 이번 투자는 블랙록, 베일리 기포드, 테마섹이 주도했으며, 엔비디아의 벤처캐피털 부문인 엔벤처스가 참여했다.

사이퀀텀은 다른 양자 스타트업과 달리 특수 소재 대신 기존 반도체 산업에서 사용하는 포토닉스 기술을 기반으로 양자 칩을 개발 중이다. IBM과 구글이 사용하는 초전도 방식은 온도 변화에 지나치게 민감하며, 초저온을 유지하기 위해 거대한 냉각기를 돌려야 한다는 단점이 있다. 이에 비해 포토닉스 기반 양자칩은 상온에서도 작동해 시장성이 높다는 평가를 받는다. 사이퀀텀은 신규 투자 자금으로 2028년까지 100만 큐비트를 갖춘 양자 컴퓨터를 개발하겠다는 방침이다. 100만 큐비트는 대규모 산업 문제 대부분을 해결할 수 있는 수준이자, 양자 컴퓨팅의 상업적 목표 달성을 위한 최소 규모로 꼽힌다.

양자 컴퓨팅, 왜 주목받나

이처럼 양자 컴퓨팅이 각광받는 것은 양자 컴퓨터를 통해 기존 컴퓨터로는 해결하기 어려웠던 복잡한 문제들을 새로운 방식으로 해결할 수 있기 때문이다. 이와 관련해 한 시장 전문가는 "금융, 헬스케어, 물류, 유통 등 다양한 분야에서 양자 컴퓨팅 기술의 활용 가능성을 검토하고 있다"며 "특히 고전 컴퓨터를 이용할 시 계산이 오래 걸리는 소인수분해, 최적화, 분자 시뮬레이션 등의 분야에서 양자 컴퓨팅의 강점이 두드러질 가능성이 크다"고 설명했다.

양자 컴퓨터와 AI의 '협력' 가능성에도 주목할 필요가 있다. 양자 컴퓨터와 AI의 상호작용은 크게 두 방향으로 나뉜다. 먼저 AI가 양자 컴퓨터를 돕는 방식의 경우, AI가 양자 컴퓨터의 복잡한 설계와 오류 수정을 담당하게 된다. 반대로 양자 컴퓨터가 AI를 돕는 방식에서는 양자 컴퓨터의 빠른 계산 능력으로 AI 학습 속도를 크게 높일 수 있다. 현시점에는 AI가 양자 컴퓨터 개발을 돕는 시나리오가 보다 현실적이라는 평을 받는다. 양자 컴퓨터 하드웨어가 아직 초기 단계인 만큼, AI 학습에 직접 활용하는 것은 대부분 컴퓨터 시뮬레이션 수준에 그치기 때문이다.

하지만 최근 들어서는 양자 컴퓨터를 AI 개발에 활용한 연구 결과들도 속속 등장하는 추세다. 특정 문제에서 기존 컴퓨터보다 기하급수적으로 빠른 계산이 가능한 양자 컴퓨터의 장점을 활용해 양자 머신러닝, 양자 신경망 등이 연구되기 시작한 것이다. 실제 실험에서 기존 AI 모델이 2만 번 학습해야 도달하는 성능을 양자 컴퓨터 기반 AI 모델은 단 26번 학습으로 달성한 사례도 보고됐다.