양자컴퓨팅이 추상적인 미래 기술을 넘어 실제 산업 현장에서 활용될 날이 머지않았다는 전망이 강세를 보이고 있다.

최근 관련 기술 개발과 상용화 움직임이 가속화되고 있는 가운데 글로벌 양자 기술 전문가 10명 중 8명 이상이 향후 10년 안에 '양자유용성(Quantum Utility)' 실현이 가능하다고 응답했다.

14일 더퀀텀인사이더(TQI)는 세계 주요 양자컴퓨팅 기업, 연구기관, 투자사, 정책기관 등에 소속된 500명 이상의 전문가들을 대상으로 한 설문조사 결과를 발표했다.

조사 결과 약 83%의 응답자가 2035년 이전에 양자 유용성이 실현될 것으로 응답했다. 응답자 다수는 5년 이내 조기 실현 가능성도 있다고 답하며 양자 기술의 실용화가 예상보다 빠르게 다가오고 있음을 시사했다.

양자 유용성은 실험실 수준에서 특정 계산만 가능한 '양자 우위'와는 달리, 실제 산업 문제 해결 능력을 갖춘 상태를 말한다. 이를 통해 양자컴퓨터가 산업, 과학, 상업 분야의 실제 문제 해결에서 고전 컴퓨터보다 더 뛰어난 성능을 발휘할 수 있는 단계다.

TQI는 이번 조사를 통해 양자유용성 실현의 핵심 동력으로 세 가지 흐름이 뚜렷하게 부상하고 있다고 분석했다.

기술적으로 가장 중요하게 지목된 분야는 양자오류수정(Quantum Error Correction) 이다.

큐비트는 외부 환경에 매우 민감해 쉽게 오류가 발생하는 특성이 있다. 이를 정교하게 보정할 수 있는 고충실도(High Fidelity) 게이트와 정정 알고리즘의 완성도가 양자 유용성의 전제 조건으로 꼽힌다.

실제로 트랩드 이온 기반 양자컴퓨팅을 개발 중인 퀀티뉴엄은 최근 2큐비트 게이트에서 99.9% 이상의 충실도를 달성하며 실용적 오류 정정 가능성을 보여주었다.

이와 동시에 고전 컴퓨팅과 양자를 결합한 하이브리드 아키텍처가 산업계의 주류로 부상하고 있다. 초기 단계에서는 CPU, GPU 등 전통적 프로세서와 양자 처리 장치(QPU)를 결합한 구조가 현실적인 접근 방식으로 부각된다. 현재 관련 실험도 활발히 진행되고 있다.

마이크로소프트와 엔비디아, 리게티 등은 하이브리드 양자플랫폼을 상용 환경에 도입하기 위한 소프트웨어 생태계를 구축 중이며, 초기 유용성 구현을 위한 중간 단계로 인식되고 있다.

최근 몇 년간 급격히 성장하고 있는 인공지능(AI) 기술과 양자 컴퓨팅의 접목도 산업계의 큰 관심사로 자리잡았다.

양자인공지능(Quantum AI)은 대규모 최적화, 분류, 생성 모델 학습 등 기존 AI가 병목을 겪는 영역에서 혁신적인 성능 향상을 예고하고 있다. 특히 제약, 재료 과학, 금융, 물류 분야에서 복잡한 조합 문제를 빠르게 해결할 수 있다는 점이 강조된다.

이미 글로벌 제약사 및 소재 기업들은 양자 알고리즘 기반 분자 시뮬레이션을 통해 신약 후보물질을 탐색하는 프로젝트를 가동하고 있는 것으로 알려졌다.

양자 유용성에 대한 기대가 고조되면서, 기업과 정부, 학계는 실질적인 기술 성과를 내기 위한 경쟁에 속도를 높이고 있다.

IBM은 2033년까지 10만 큐비트 규모의 모듈형 양자 슈퍼컴퓨터를 개발한다는 장기 로드맵을 제시했다. 디웨이브(D-Wave)는 양자 어닐링 시스템이 기존 슈퍼컴퓨터보다 빠르게 복잡한 자성 물질 시뮬레이션을 수행한 결과를 공개하며 유용성 입증을 시도하고 있다.

이 밖에도 실리콘 포토닉스 기반으로 대규모 확장이 가능한 시스템을 개발 중인 싸이퀀텀, 양자 회로 자동화 및 컴파일러 최적화를 추진하는 클래식(Classiq), 제나두(Xanadu), 자파타(Zapata) 등은 각자의 영역에서 양자 유용성 실현을 앞당기기 위한 기술적 실험을 지속하고 있다.

이번 보고서는 이러한 기술 진보가 현실 산업에 미치는 파급효과 또한 클 것으로 내다봤다.

양자컴퓨터는 약물 개발에 있어 분자의 전자 구조를 고정밀 시뮬레이션하여 신약 개발 속도를 높이고 부작용 가능성을 낮출 수 있으며, 탄소 포집 및 저장 기술 개발에서 소재 최적화 알고리즘을 통해 기후 변화 대응에도 활용될 수 있다.

더불어 금융 산업에서는 대규모 위험 분석과 포트폴리오 구성 문제를 기존 방식보다 정교하게 처리할 수 있으며, 공급망과 물류 시스템에서는 실시간 조합 최적화에 강점을 보일 수 있다.

다만 이러한 기술적 진보를 현실화하기 위해서는 몇 가지 과제가 병행되어야 한다는 지적이다.

전문가들은 하드웨어 플랫폼 간 호환성 부족, 표준 미비, 전문 인력 부족, 알고리즘의 실제 문제 대응 한계, 보안 및 윤리적 활용에 대한 논의 필요성 등을 함께 지적했다.

그럼에도 불구하고 과거에는 추상적인 개념으로만 여겨졌던 '양자 유용성'이 이제는 기술 로드맵과 정책 설계, 투자 전략의 구체적 목표로 채택되고 있다는 점에서 산업계는 새로운 국면을 맞이하고 있다는 평가다.

호라이즌X 컨설팅의 스티브 수아레스 최고경영자(CEO)는 "양자 유용성은 더 이상 먼 미래의 이론적 가능성이 아니다"며 "기술적, 산업적 진화 속도가 맞물리며 향후 10년 안에 실제 구현이 이루어질 가능성이 매우 높아지고 있다"고 밝혔다.

이어 "지금이 바로 양자 기술을 받아들일 때"라며 "미래를 쫓는 조직이 아니라 미래를 선도하는 조직이 되야 한다"고 강조했다.