연세대학교(총장 윤동섭)가 일본 이화학연구소(RIKEN), IBM과 공동으로 세계 최고 수준의 슈퍼컴퓨터 ‘후가쿠(Fugaku)’와 연세대의 ‘IBM 퀀텀 시스템 원’을 연결해 기존 컴퓨터로는 불가능했던 생명 현상의 비밀을 풀기 위한 거대 계산 프로젝트에 착수했다.
◆계산의 한계를 넘다
현재 의료계의 대표적 난제 중 하나는 신생아의 미토콘드리아가 에너지를 생산하지 못해 1년 내 사망에 이르는 ‘리 증후군(Leigh Syndrome)’이다.
사람 몸의 모든 세포에는 수백에서 수천 개의 미토콘드리아가 존재하며, 섭취한 음식에서 전자를 떼어내 전자 전달을 통해 필요한 에너지를 생산한다.
유전자 돌연변이로 인한 미토콘드리아 전자 전달 이상이 리 증후군의 원인으로 알려져 있다.
이 증후군의 근원적 원인을 규명하려면 10억×10억 행렬의 대각화라는 초거대 계산이 필요하다.
초당 100경 번의 연산이 가능한 세계 최고 성능 슈퍼컴퓨터 ‘엘캐피탄’ 전체 시스템을 해당 계산에만 투입하더라도 약 30년이 소요될 것으로 추정된다.
RIKEN의 후가쿠 역시 대규모 슈퍼컴퓨터이나, 공식 성능 수치에서 엘캐피탄보다 낮은 수준으로 평가돼 해당 작업 처리에는 더 많은 시간이 필요하다.
이에 연세대–IBM 연구진은 후가쿠와 IBM 퀀텀 시스템 원을 결합한 양자 중심 슈퍼컴퓨팅 아키텍처를 활용해 리 증후군의 생물학적 메커니즘을 더 깊고 빠르게 탐색하기 위한 공동연구를 진행할 예정이다.
(사진 : 연세대 IBM 양자컴퓨터-리켄 슈퍼컴퓨터 연결 개념도)
◆국가와 학문 간 장벽을 넘는 ‘초연결’ 메가프로젝트
이번 프로젝트는 단순 협력을 넘어 거대 계산자원 간 물리적·기술적 연결에 성공했다는 점에서 의의가 크다.
RIKEN은 2025년 6월 IBM 퀀텀 시스템 투와 후가쿠의 연결에 성공했고, 연세대는 같은 해 11월 RIKEN과 ‘바이오 분야 양자알고리즘 공동연구 MOU’를 체결했다.
이후 IBM과 함께 다국적 초학제 연구진을 구성하며 현재의 프로젝트 체계를 갖췄다.
이번 메가프로젝트는 리 증후군 기전 연구를 시작으로 난치암의 미토콘드리아 전자전달 이상, 노화에 따른 생체에너지 대사 이상 등 생명과학·의학의 거대 난제를 정복해 나가기 위한 필수 연구 인프라가 국가의 경계를 넘어 구축됐다는 의미를 갖는다.
◆생명을 살리는 양자 중심 슈퍼컴퓨팅
이미 RIKEN의 후가쿠와 IBM 퀀텀 시스템 원의 연결 및 샘플링 계산 환경 구축이 완료됐다.
이는 단순 수치 계산을 넘어 바이오 헬스케어 분야에서 인류의 난치병을 원리적으로 이해하고 해결하기 위한 실질적 행보로 평가된다.
이번 양자 중심 슈퍼컴퓨팅 시스템은 연세대 양자사업단이 추진하는 ‘양자-AI 알고리즘 센터’의 기반 인프라로 기능하며, 향후 인천광역시와 함께 ‘국가 양자 클러스터’로 확대 발전시킨다는 계획이다.
(왼쪽부터 : 연세대 정재호 양자사업단장, 윤동섭 총장, RIKEN 고노카미 마코토 이사장, 마츠오카 사토시 R-CCS 센터장, 사토 미츠히사 본부장)
[메디컬월드뉴스 김영신 기자]
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