“양자×AI 결합이 상용화 앞당긴다”…게임체인저의 현실 조건

[이데일리 강민구 기자] “양자와 인공지능이 결합되면 시너지가 큽니다. 인류의 기대만큼 양자 상용화가 더딘 것은 사실이지만, AI와 결합해 실사용 사례를 만들어가면서 상용화가 진전될 것으로 기대합니다.”

김용수 KIST 양자기술연구단장.(사진=KIST)

김용수 한국과학기술연구원(KIST) 양자기술연구단장은 전 세계 게임체인저로 부상한 인공지능(AI)과 양자기술의 결합 가능성에 대해 이같이 설명했습니다.

생성형 AI 확산으로 전력 수요가 급증하면서 데이터센터 구축과 전력 효율이 핵심 이슈로 떠올랐습니다. 양자기술은 특정 분야에서 슈퍼컴퓨터로 해결하기 어려운 문제를 단시간에 풀 수 있고, 반도체 칩에 적용해 전력 효율을 높일 수 있는 잠재력을 갖고 있습니다.

김 단장에 따르면 양자컴퓨터 개발과 활용은 IBM과 구글 등 글로벌 기업을 중심으로 확산되고 있습니다. 최근에는 사이퀀텀과 자나두처럼 광학 기술 기반으로 양자 오류 문제 해결 가능성을 제시하는 연구도 등장하며 기술 진전을 보여주고 있습니다.

다만 해결해야 할 과제도 분명합니다. 양자 오류 문제는 여전히 남아 있고, 당분간은 슈퍼컴퓨터가 더 우수한 성능을 보이는 영역도 많습니다. 양자통신 역시 제어 기술의 난도가 높아 상용화까지는 시간이 필요합니다.

김 단장은 현존 양자컴퓨터를 “브레이크 없는 빠른 차”에 비유했습니다. 그는 “기존 컴퓨터로 흉내 내기 어려운 계산을 수행한다는 점에서 의미가 있지만, 상용화 가능한 영역에 초점을 맞춘 접근이 필요하다”며 “최근에는 양자 시뮬레이션 등 화학 계산 분야에서 고전컴과 결합한 하이브리드 연구가 나오며 활용 사례가 축적되고 있다”고 진단했습니다.

향후 발전을 위해서는 양자 알고리즘과 양자 데이터 확보가 핵심 과제로 꼽혔습니다. 현재는 고전컴을 기반으로 양자컴을 모방하는 ‘퀀텀 인스파이어드 알고리즘’이 주를 이루는 만큼, 독자적인 양자 알고리즘과 이에 맞는 데이터 생성 방식이 필요하다는 설명입니다.

과도한 기대에 대한 경계도 주문했습니다. 김 단장은 “양자기업들의 시가총액이 기술 성숙도에 비해 높은 측면이 있다”며 “양자컴을 실제로 구현할 때 기존 고전 데이터를 양자 데이터로 전환할 것인지에 대한 논의도 필요하다”고 말했습니다. 이어 “광학, 통신, 센싱은 분리된 기술이 아니라 동시에 발전할 가능성이 있다”고 덧붙였습니다.

김 단장은 특히 양자와 AI의 결합 가능성을 거듭 강조했습니다. 그는 “양자와 AI는 모두 확률적 접근을 기반으로 한다”며 “양자만큼 AI와 결합해 큰 시너지를 낼 수 있는 분야는 드물다”고 평가했습니다.

보안 측면에서도 양자는 근본적 해법이 될 수 있다고 봤습니다. 김 단장은 “양자보안은 물리계층을 하나 더 추가해 암호 체계를 구조적으로 강화할 수 있다”며 “국내 통신사들도 기술을 적용하고 있지만 보다 적극적인 도입이 필요하다”고 조언했습니다.

끝으로 그는 “정부가 AI와 양자에 대한 투자를 확대하고 있는 만큼, 대기업 참여와 역량 결집이 이뤄진다면 충분히 승산이 있다”며 “미국과 중국 역시 쉽지 않은 도전 속에 있는 만큼 한국도 전략적으로 접근할 필요가 있다”고 말했습니다.