고전물리학 상식 깬 양자…美·유럽, 원천기술 확보 전쟁

양자컴퓨터는 무한대에 가까운 경우의 수를 구하는 계산에 특히 강점이 있다. 단백질 구조 분석을 통한 신약 개발이 대표적이다. 반도체, 2차전지, 연료전지 신소재 분석과 우주·항공 물류 최적화 등에서도 월등한 속도를 낼 것으로 기대된다.

미국을 필두로 캐나다 프랑스 영국 독일 스위스 네덜란드 일본 호주 등 주요 선진국이 모두 양자기술 개발에 사활을 걸고 있는 이유다. 삼성 현대차 LG SK 포스코 KT 등 국내 주요 대기업 그룹도 모두 연구개발에 뛰어들었다.

양자는 더 이상 나눌 수 없는 최소 물리 단위다. 빛을 구성하는 광자, 원자핵 주변 궤도를 도는 전자 등이 양자다. 양자는 고전물리학으로는 설명이 불가능하다. 흔히 ‘중첩과 얽힘’으로 표현된다. 일반 컴퓨터는 ‘0 또는 1’로 규정되는 비트가 기본 단위다. 양자컴퓨터는 ‘0이면서 동시에 1’일 가능성이 있는 큐비트(퀀텀비트)를 사용한다. 예를 들면 ‘30%의 0’과 ‘70%의 1’이라는 식이다. 이게 양자 중첩이다. 얽힘은 30%의 확률과 70%의 확률이 서로 영향을 주고받는다는 뜻이다.

미래 국방전략기술 중 하나인 ‘양자센서’는 양자 얽힘을 이용한다. 얽혀 있는 두 개의 양자 중 한 개를 멀리 보내 원거리 표적에 맞히면, 이 양자 외에 남은 양자 상태도 함께 변한다. 이를 이용하면 레이더, 라이다 등의 센서 정밀도를 획기적으로 높일 수 있다. 과학계에 따르면 양자센서를 자율주행차에 적용할 경우 100m 내외에 불과한 라이다 탐지 범위가 450배(45㎞)까지 넓어질 것으로 예상된다.

김진원/이해성 기자 jin1@hankyung.com