구글은 양자컴퓨터 정보 단위인 큐비트를 추가할수록 오류율을 기하급수적으로 줄이는 수준에 처음으로 도달한 양자 칩 윌로우를 발표하고 연구결과를 9일(현지시간) 국제학술지 '네이처'에 공개했다.
구글은 슈퍼컴퓨터가 10 셉틸리언(10의 24제곱·septillion)년 걸리는 문제를 단 몇 분 만에 푸는 양자컴퓨터를 개발했다고 9일(현지시간) 밝혔다.
셉틸리언은 우주의 나이보다 훨씬 더 오래 걸리는 시간으로, 5년 전 구글이 1만년 걸리는 문제를 몇 분 안에 풀 수 있다고 발표한 성능보다 크게 빠른 속도다.
프런티어가 10셉틸리언년, 즉 1조와 1경, 1해보다 큰 10자년이 걸려야 풀 수 있는 문제를 '윌로우' 칩을 장착한 양자컴퓨터는 단 5분 안에 풀었다고 덧붙였다.
다만, 이 성능 실험은 테스트를 위해 만들어진 알고리즘이 이용됐으며, 아직 실제 적용된 사례는 없다.
큐비트의 물리적 형태는 전자 회로나 이온, 원자 등 다양한 형태로 구현할 수 있다. 윌로우는 전기 저항이 없는 극저온 초전도 상태에서 전기 회로의 에너지 수준에 따라 0 또는 1로 정보를 양자화한 초전도 방식 양자 칩이다. 윌로우에는 큐비트 105개가 구현됐다.
초전도 큐비트는 외부 환경 변화에 매우 예민해 연산 과정에서 오류가 발생하기 쉽다는 점이 문제다. 오류를 수정하지 않으면 연산을 반복했을 때 결과의 신뢰도가 급격히 줄어 실용성이 떨어진다.
구글 양자 AI 설립자인 하트무트 네벤은 그러나 "이는 중요하지 않다"며 "간단한 문제조차 해결하지 못하면 실용적인 문제도 해결할 수 없다"고 말했다.
이날 과학전문지 네이처지에 게재된 연구 결과에 따르면 새 양자컴퓨터는 105개의 큐비트를 가진 '윌로우'라는 칩에서 나왔다.
큐비트는 양자컴퓨팅에서 정보를 사용하는 기본 단위로, 기존 컴퓨터가 0과 1을 순차적으로 계산하는 것과 달리 양자컴퓨터는 0과 1을 동시에 처리해 기존 컴퓨터보다 문제를 빠르고 정확하게 해결할 수 있는 것으로 평가받는다.
구글은 윌로우 칩의 큐비트를 서로 연결해 큐비트 수가 증가할수록 오류가 줄어드는 방법을 찾았다고 밝혔다.
이에 큐비트 수를 늘리면서 오류를 줄일 수 있는 임계값 이하(Below Threshold)를 달성한 첫 양자 시스템이라고 설명했다.
또 실시간으로 오류를 수정할 수 있는 기술도 개발했다고 설명했다.
양자컴퓨터는 대개 전기 저항이 없는 초전도 큐비트를 사용해 정보를 처리하는데, 외부의 저항에 쉽게 오류가 발생하는 단점이 있었다.
칩 하나에 큐비트를 쌓을수록 오류가 누적돼 기존 컴퓨터 칩보다 더 나은 성능을 발휘하지 못하면서 과학자들은 1990년대부터 양자 오류 수정에 주력해 왔다.
로이터 통신은 오류가 줄어들고 실시간으로 줄어들 수 있는 기술은 "양자컴퓨터를 실용적으로 만드는 데 중요한 단계"라고 로이터통신은 전했다.
뉴욕타임스(NYT)는 "양자 컴퓨팅은 양자 역학이라는 물리학의 한 분야에 대한 수십 년간의 연구 결과로 여전히 실험적인 기술이지만, 구글의 성과는 과학자들이 이 기술에 대한 오랜 기대를 충족시킬 수 있는 방법들을 꾸준히 발전시키고 있음을 보여준다"고 평가했다.
이 소식에 케이씨에스, 엑스게이트, 우리넷, 우리로, 퀀텀온, 한국첨단소재, 아이씨티케이, 드림시큐리티, 쏠리드, 아톤 등의 기대감도 커지고 있다.
엑스게이트는 네트워크 보안장비 회사로 SKT와 양자암호통신 기반 가상사설망(이하 VPN) 기술 개발을 완료한 바 있다. SKT는 엑스게이트의 VPN 서버 장비에 IDQ의 QRNG(양자난수생성기) 칩셋을 연동해 양자암호통신 기반 VPN을 개발했다.
양자암호통신 기반 VPN에는 양자암호통신 기술이 적용됐다. 양자 컴퓨팅에 의해 해킹 위험에 노출될 수 있는 기존 암호화 방식에 양자난수생성 기술을 활용해 보안성을 대폭 개선했다. 또한 엑스게이트의 VPN 장비에 QRNG 칩셋을 적용하는 방식으로 구현했기 때문에 기존 VPN 이용 시 필요한 장비 외에 별도 추가 장비가 필요하지 않다.
케이씨에스 양자암호장비는 자율주행 로봇이 청사 내부 시설물 상황을 순찰하면서 카메라로 촬영한 실시간 영상데이터를 수집하고 암·복호화한다. 또 청사내 소방·조명설비에 부착한 센서 측정 데이터를 IoT게이트웨이에서 수집하면 양자암호장비가 그 데이터를 암호화해 AI통합관제센터로 보내고 보안서버에서 암호화한 영상·센서 데이터를 복호화한다.
우리넷은 KCMVP(국내암호모듈검증제도) 인증 모듈이 적용된 QENC(양자통신암호화장비)가 TTA(한국정보통신기술협회)로부터 보안기능확인서를 국내 최초로 발급받은 바 있다. 대상 장비는 전국 규모 전달망에 상용화된 테라급 POTN인 OPN-3100(2.4T급)과 OPN-1000(560G급)이다.
우리넷에서 보유한 QENC(양자통신암호화장비)와 연동되어 구성되는 양자키분배장치(QKD)는 ▲양자역학원리인 양자 상태의 중첩성(Superposition state) ▲양자 상태의 복제 불가성(No cloning) ▲측정에 의한 양자 상태 소멸성을 이용하여 데이터 암호용으로 사용되는 비밀키(대칭난수)를 안전하게 분배, 통신채널로 전송되는 데이터의 보안성을 획기적으로 높이는 첨단 기술의 통신장비로 이론적으로 해킹이 불가능해 완벽하게 안전한 통신 방법으로 알려졌다.
퀀텀온은 앞서 임시주주총회를 열고 사업 다각화를 위해 △양자배터리 관련 연구개발업 △태양광 모듈 제조업 △전기차 충전기 관련 연구개발 및 용역 사업 △모빌리티 관련 사업 △물리, 화학 및 생물학 연구개발업 등을 사업목적에 추가하기로 했다.
한국첨단소재(구 피피아이)는 한국전자통신연구원과 함께 양자인터넷 사업을 진행하고 있는 것으로 알려져 있다. 향후 50큐비트 양자컴퓨터의 시스템 요구사항 및 클라우드 서비스 운영 방향을 자문하는 등 양자컴퓨팅 활용 활성화 및 서비스 산업 창출을 촉진할 계획으로 알려져 있어 투자자들의 관심이 몰린 것으로 풀이된다.
우리로는 양자의 가장 대표적인 입자인 광자를 다루는 광(光)산업 기업이다. 최근 양자암호통신의 핵심 칩인 양자암호통신용 단일광자 검출소자(SPAD) 제품을 개발해 양산품 생산 단계에 진입했다.
아이씨티케이는 LG유플러스와 양자내성암호(PQC) 기술이 적용된 Giant 5(G5) 칩을 개발에 성공했다. PUF기술과 양자암호 기술이 적용된 칩의 상용화로는 세계 최초 사례다. G5칩을 기반으로 USIM 및 eSIM을 개발해 통신 디바이스 등에 이미 적용 중이다. PQC를 접목한 모듈을 비롯해 qTrustNet VPN을 LG유플러스와 코위버 등에 공급하면서 PQC 분야 기업으로선 가장 발 빠르게 상용화를 이루고 있다고 평가받는다.
드림시큐리티는 지난해 11월 양자키관리장비(QKMS) 제품 MagicQKM가 국내 최초로 국가정보원 보안 검증을 획득했다. 양자키관리장비는 양자암호통신 3대 핵심 장비(양자키분배장비인 QKD, 양자통신암호화장비인 QENC를 포함) 중 하나다.
드림시큐리티는 양자키분배장치 비밀키 수신, 가공키 저장, 공급키 제공, 불필요한 키 파기 등 생명주기 관리 등의 역할을 수행하고 있다. 또한 드림시큐리티는 한국과학기술정보연구원으로부터 이전받은 양자암호키관리 원천기술을 통해 MagicQKM을 지속 개선하고 있다.
쏠리드는 이동통신 및 유선통신 관련 네트워크 장비의 제조 개발 등의 사업을 영위하고 있다. 쏠리드는 투자사 크립토랩이 양자암호 기술을 보유하고 있어 관련주로 꼽힌다.
핀테크 보안기업 아톤은 양자내성암호화 기술을 적용한 차세대 사설인증 솔루션 개발을 완료한 바 있다.
하나증권 리서치센터 글로벌투자분석실 역시 11일 하나구루아이 보고서에서 “구글이 초고성능 양자칩 ‘윌로우(Willow)’가 탑재된 양자컴퓨터를 공개해 모회사 알파벳 주가가 5%대 상승 마감했다”며 오늘의 테마로 ‘양자컴퓨터’를 꼽았다.
관련 종목으로는 쏠리드와 케이씨에스, 한컴위드, 라온시큐어, 우리넷, 큐에스아이 등을 제시했다.
한컴위드의 엑스디비는 암호 보안기술 연구 전문 자회사인 소프트포럼과 공동 개발한 양자내성 암호(PQC) 기술과 암호키를 쉽게 유추할 수 없는 화이트박스 암호(WBC) 기술을 추가로 탑재해 보안성을 강화
라온시큐어는 앞으로 10년 안에 도래할 것으로 예상되는 양자컴퓨팅 상용화 시대를 대비하기 위해 앞으로도 다양한 PQC 기반 보안 솔루션들을 상용화할 계획이다.
경북대학교 전자공학부 김대현 교수팀과 큐에스아이의 공동 연구를 통해 양자 컴퓨팅(Quantum Computing) 시스템에서 핵심 반도체 소자 부품으로 활용될 것으로 기대되는 극저온(4K) 환경에서 세계 최고 수준의 이동도 트랜지스터 (High-Electron-Mobility Transistors, HEMTs) 반도체 전자소자를 개발했다.
구글이 개발한 윌로우가 초전도 방식 양자 칩이라는 소식에 전일 시간외 매매에서 신성델타테크와 파워로직스, 씨씨에스, 아센디오, 모비스, 비츠로테크, 신성에스티, 서남, 서원, 덕성 등 국내 초전도체 관련주들이 주목받고 있다.
성델타테크는 지난 2012년 L&S벤처캐피탈을 통해 퀀텀에너지연구소에 5억원을 투자, 초전도체 개발 업체인 퀀텀에너지연구소 지분 16.67%를 확보한 바 있다. L&S벤처캐피탈의 최대주주는 지분 52.52%를 보유한 신성델타테크다. 이후 퀀텀에너지연구소의 제3자배정 유상증자에 참여한 신성델타테크는 올해 1월 19일 9590주를 40억원에 취득 완료했다.
파워로직스 역시 퀀텀에너지연구소의 지분을 보유한 L&S벤쳐캐피탈의 대주주이다.
씨씨에스는 지난해 말 대표이사가 바뀌면서 초전도체를 신사업으로 추진하고 있다. 현재 최대주주인 그린비티에스와 퀀텀포트는 모두 상온 상압 초전도체 연구개발 업체로 권영완 교수가 대표를 맡고 있다.
다보링크와 아센시오는 씨씨에스의 새로운 최대주주인 그린비티에스와 특수관계인 퀀텀포트에 자금을 지원했다. 아센디오와 다보링크 등으로부터 차입한 자금을 토대로 그린비티에스와 퀀텀포트는 80억원 규모의 씨씨에스 유상증자에 참여, 씨씨에스 최대주주에 올랐다.
아센디오와 다보링크는 비상장사 CB인수를 통해 사실상 씨씨에스에 자금을 투자한 것이다.
모비스는 KEN TECH와 핵융합 발전의 필수 소재인 초전도체에 대한 시험설비 제어시스템을 개발하는 데 착수했다는 소식이 전해졌다. 모비스는 앞서 "KENTECH의 초전도체 시험설비 구축 사업단과 관련 기술 개발을 위해 전략적 제휴를 체결했다"고 밝혔다.
비츠로테크는 지분 100%를 보유한 종속회사 비츠로넥스텍이 고려대학교와 함께 과학벨트 기능지구 공동연구법인 사업을 위해 ‘㈜코넥스알’이라는 공동연구법인을 설립해 ‘초전도 선형 가속기용 325MHz 고출력 커플러’를 개발한 바 있다.
신성에스티는 신성델타테크 자회사이다. 신성에스티의 주력 제품은 부스바(Busbar)와 모듈 케이스(Module case)다. 부스바는 배터리 팩에서 전기선 역할을 하는 핵심 부품으로 모듈과 팩 사이 전류를 연결하는 전도체다.
서원은 신동업계 정상의 기업으로 주요제품은 황동빌레트, 인고트 및 동합금 제품을 제조한다. 과거 국내에서 개발됐다고 주장한 초전도체가 구리(동) 물질을 이용한 것으로 알려지면서 초전도체 관련주로 엮였다. 덕성은 과거 초전도체 사업 프로젝트에 참여했던 사실이 부각되면서 관련주로 꼽힌다.
덕성은 초전도체사업 프로젝트를 오랜 기간 추진해왔고 초전도마그네트를 상용 개발에 착수했던 이력이 있다.
서남은 싱귤래리티와의 협업이 부각됐다. 지난 2021년 설립된 싱귤래리티는 2022년과 2023년에 각각 엔젤 라운드와 프리-A 라운드 자금 조달을 진행했다. 국내 기업 중 고온초전도 선재 양산 기업 서남과 파트너십을 맺고 있다.
서남과 싱귤래리티는 기술 협력뿐 아니라 제품의 단가·성능 협의를 진행 중이며, 정규공급사에 포함되기 위한 작업을 하고 있다.
김준형 빅데이터뉴스 기자 kjh@thebigdata.co.kr
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