양자컴퓨터 개발 추이가 기초·원천기술을 넘어 실제 산업에 적용되는 상용기술 중심으로 전환되고 있는 것으로 나타났다. 양자컴퓨터는 인공지능(AI) 최적화와 신약 개발, 금융투자 시뮬레이션, 정보보안 등 다양한 산업에 혁신적 전환을 가져올 ‘게임체인저’ 기술이다.
지식재산처는 2014년부터 2023년까지 특허출원 주요 5개국(IP5)에 출원된 양자컴퓨팅 특허 출원이 9162건으로 집계됐다고 21일 밝혔다. IP5는 한국과 미국 중국 일본 유럽연합(EU)을 말한다.양자컴퓨팅은 양자비트(큐비트)의 특성인 중첩과 얽힘을 활용해 기존 슈퍼컴퓨터가 처리하기 버거운 복잡한 문제를 병렬적으로 계산하는 차세대 컴퓨팅 기술을 말한다. 중첩(superposition)은 ‘30%의 0과 70%의 1’등과 같이 0과 1이 확률적으로 동시에 존재하는 상태다. 얽힘(entanglement)은 서로 다른 큐비트들이 연결돼 있는 상태를 뜻한다. 이를테면 큐비트 A가 0이 될 확률과 큐비트 B가 1이 될 확률이 서로 영향을 주고받는다고 보면 된다. 이런 상태를 수학과 물리학으로 규명하는 데 100년이 넘는 시간이 걸렸다. 양자역학이 태동한 시기가 1900~1910년이고, 2022년 노벨물리학상 주제가 양자 얽힘인 것이 그 방증이다.
지식재산처 관계자는 “현재 양자컴퓨팅은 큐비트 구조, 양자 게이트 설계 등 기초 기술을 넘어 하드웨어와 소프트웨어, 클라우드 서비스 분야로 확장하고 있다”고 설명했다. 하드웨어는 초전도, 광자, 이온트랩 등 기반 퀀텀처리장치(QPU)를 말한다. 양자 소프트웨어는 양자알고리즘, 컴파일러, 시뮬레이터 등을 포함한다.
지식재산처에 따르면 IP5 연간 양자컴퓨팅 특허 출원 건수는 2014년 76건에서 2023년 1644건으로 증가했다. 연평균 40.7%의 성장세다. 상용화 기술 성장세는 이보다 두배 빨랐다. 상용화 3대 기술인 하드웨어, 소프트웨어, 서비스 특허 출원이 2015년 7건에서 2023년 1001건으로 급증해 연평균 86%의 성장률을 기록했다. 같은 기간 기초·원천기술은 76건에서 643건으로 연평균 26.8% 성장했다. 상용기술의 성장세가 기초·원천기술보다 3배 이상 빨랐던 것이다.
국가별 출원 현황을 보면 미국이 4187건(45.7%)으로 가장 높았다. 중국이 2279건(24.9%)으로 2위를 차지했다. 미국과 중국의 첨단 기술 패권 경쟁 구도가 여실히 드러나는 대목이다. 이어 유럽 1127건(12.3%), 일본 656건(7.2%), 캐나다 277건(3%), 한국 248건(2.7%), 이스라엘 140건(1.5%), 호주 95건(1%) 순이었다.
한국의 출원 비중은 작지만 연평균 증가율은 세계 선두권이었다. 연평균 증가율이 58.5%로 중국(123.7%)과 이스라엘(109.1%)에 이어 3위를 차지했다. 지식재산처 관계자는 “한국의 양자 소프트웨어, 하드웨어 기술 출원이 꾸준이 증가하고 있다”며 “양자 산업화 초기 단계에 진입한 것으로 평가된다”고 밝혔다.
기업별로 보면 글로벌 기업 뿐 아니라 테크 스타트업 등을 중심으로 특허 경쟁이 심화되고 있다. 조사기간(2014~2023년)동안 최다 출원 기업은 IBM(1120건)으로 나타났다. 구글이 680건으로 2위다. 이어 중국 오리진퀀텀(605건), 마이크로소프트(404건), 중국 바이두(373건) 순이었다. 아이온큐(227건), 후지쯔(184건), 텐센트(177건), 디웨이브(175건), IQM핀란드(126건)가 뒤를 이었다. 특허 출원 증가율은 중국 양자기술 기업들(오리진퀀텀·바이두·텐센트)이 독보적으로 높았다.
아이온큐와 IQM핀란드 등은 독자적인 하드웨어 플랫폼과 고객 맞춤형 아키텍처 설계 등 차별화된 전략을 써서 글로벌 시장 영향력을 확대하고 있는 것으로 조사됐다. 지식재산처 관계자는 “양자컴퓨터 기술 경쟁이 글로벌 빅테크 중심에서 전문 스타트업 및 신흥기업으로 확산되고 있다”며 “기술 생태계 저변이 넓어지고 산업화 기반이 빠르게 확대되고 있음을 시사한다”고 설명했다.
이해성 기자 ihs@hankyung.com
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