표준연, K-양자시대 연다…미래성장동력 '7대 시드'에 포함
"2차 양자혁명은 인류 사회 전반 거대한 퀀텀점프 기폭제"
(대전=연합뉴스) 김준호 기자 = 영화 앤트맨에서 주인공은 원자보다 작은 크기로 줄어들어 시공간 법칙이 무너진 미지의 '양자 영역'(Quantum Realm)을 탐험하고, 영화 인터스텔라에서는 블랙홀 중심(특이점)에 갇힌 주인공이 전송한 양자역학 데이터로 중력을 제어해 인류를 멸망 위기에서 구해낸다.
실제로 인터스텔라는 2017년 노벨물리학상 수상자인 킵 손 미국 캘리포니아 공과대학교 명예교수가 기획 초기부터 참여해 철저한 이론물리학적 계산을 바탕으로 완성된 작품이라고 한다.
물론 영화에 등장하는 신체 축소나 시간여행 같은 파격적인 설정은 영화적 상상력의 산물이다. 그러나 그 상상의 토대가 된 양자중첩, 양자얽힘, 양자터널링 같은 양자역학의 기본 법칙들은 이미 인류가 실험적으로 명확히 규명해 낸 엄연한 현실의 과학이다.
대표적인 예가 영화 해리포터 시리즈에서 주인공이 '9와 4분의 3 승강장'의 단단한 벽을 통과하는 장면을 연상시키는 '양자 터널링'(Quantum Tunneling) 현상이다.
에너지가 연속적이지 않고 불연속적인 덩어리(양자·Quantum)로 존재하며, 입자가 파동의 확률적 성질을 띠는 미시세계에서는 고전 물리학으로 결코 넘을 수 없는 에너지 장벽을 입자가 관통해 지나가는 기이한 일이 실제로 벌어진다.
벽을 통과하는 마법처럼 보이는 이 터널링 현상은 이미 스마트폰과 SSD(솔리드 스테이트 드라이브) 속 낸드(NAND) 플래시메모리에 전자를 가둬 데이터를 저장하는 핵심 원리로 쓰이는 등 현대인의 일상 깊숙이 들어와 있다.
14일 한국표준과학연구원(KRISS)에 따르면 최근 양자컴퓨터 등 양자과학기술이 미래 산업 판도를 바꿀 새로운 기술로 주목받고 있다. 사실 인류가 양자라는 미지의 영역을 이론적으로 개척하기 시작한 지는 이미 100년이 넘었다.
1925년 베르너 하이젠베르크의 행렬역학 발표를 시작으로 1926년 에르빈 슈뢰딩거의 파동방정식, 1927년 불확정성 원리가 잇따라 정립되며 현대 양자역학의 기틀이 마련되었다.
특히 1927년 벨기에 브뤼셀에서 열린 제5차 솔베이 회의는 참석자 29명 가운데 17명이 노벨상 수상자(당시 및 이후 수상 포함)였을 정도로 당대 최고 석학들이 모인 역사적 현장이었다고 최재혁 KRISS 양자기술연구소장은 설명했다.
유엔(UN)은 1세기 동안의 학문적 성취를 기려 2025년을 '세계 양자과학 및 기술의 해'로 공식 선포하기도 했다.
이처럼 한 세기를 거치며 정립된 양자역학은 결코 실험실 속 이론에만 머물지 않았다.
자연계에 존재하는 양자역학적 거동을 이해하고 이를 소자나 기기로 응용한 이른바 '1차 양자혁명'은 이미 현대 문명과 일상생활의 근간을 완전히 바꾸어 놓았다고 최 소장은 강조했다.
최 소장은 "전자의 불연속적 에너지 준위를 규명해 탄생한 컴퓨터와 스마트폰의 초미세 반도체 칩, 전자의 빛 방출 원리를 응용해 통신과 정밀 수술의 판을 바꾼 레이저가 대표적"이라며 "여기에 원자핵 스핀 특성을 활용해 정밀 진단을 가능케 한 병원의 자기공명영상(MRI), 원자의 고유 진동수로 1초의 오차 없이 위성항법시스템(GPS) 위치와 데이터 통신을 동기화하는 원자시계에 이르기까지 현대 문명을 지탱하는 핵심 기술들은 모두 양자역학이 낳은 실질적인 결실"이라고 말했다.
과거 1차 양자혁명이 자연계의 양자 현상을 관측하고 활용해 반도체와 통신, 의료 기기를 탄생시킨 단계였다면 현재는 중첩과 얽힘이라는 양자 상태를 인위적으로 직접 조작하고 제어하는 '2차 양자혁명'의 문턱을 넘어서고 있다고 한다.
최 소장은 "눈에 보이는 거시세계의 한계를 넘어 보이지 않는 미시세계를 정밀하게 이해하고 제어하는 이 새로운 시각이야말로 인류 문명을 전혀 다른 차원으로 이끌 결정적 열쇠"라며 "지난 100년간 축적된 물리학의 유산 위에서 펼쳐지는 2차 양자혁명은 인류 사회 전반에 거대한 퀀텀점프를 일으키는 강력한 기폭제가 될 것"이라고 힘주어 말했다.
글로벌 기술패권의 지형을 뒤흔들 '양자 전쟁'은 전면전 양상으로 치닫고 있다.
6월 도널드 트럼프 미국 대통령은 연방기관을 대상으로 2028년까지 과학 연구용 양자컴퓨터를 현장에 배치하고, 5년 안에 기존 GPS를 대체할 국방 양자센서를 도입하라는 대대적인 행정명령에 서명했다.
기존 표준 암호 체계를 무력화할 수 있는 양자 컴퓨터의 위협에 2031년까지 대비하도록 양자내성암호(PQC) 전환을 의무화하는 등 공세와 방어를 아우르는 국가 전략을 공식화했다.
중국 역시 국가 주도의 막대한 자본과 메가프로젝트를 바탕으로 양자통신, 양자컴퓨팅, 양자센싱 전 분야에서 서구권의 견제를 뚫고 독자적인 '양자 과학성채'를 구축하며 맞불을 놓고 있다.
대한민국 정부도 8월 양자를 국가 미래성장동력인 '7대 SEED' 분야로 선정하고, 국산 양자컴퓨터 개발을 비롯한 기술 주권 확보에 총력을 기울이고 있다.
기술 종속을 넘어서기 위해 국가측정표준 대표기관인 KRISS를 필두로 한 산·학·연 주체들이 '대한민국 양자 주권' 사수에 역량을 총결집하는 배경이다.
KRISS는 국가 양자 정책의 기틀을 다지는 싱크탱크부터 산업 생태계 조성과 핵심 인재 양성에 이르기까지, 대한민국 양자과학기술 생태계 전반을 아우르는 '국가 양자 허브'(Q-Hub)의 책무를 수행하고 있다.
이용호 KRISS 초전도양자컴퓨팅시스템연구단장은 "양자컴퓨팅은 단순한 계산 장치나 제품을 넘어, 수출 통제와 무기화로 직결될 수 있는 핵심 전략 기술"이라며 "글로벌 패권 전쟁 속에서 기술 종속을 피하고 대한민국의 기술 주권을 지켜내기 위해 독자 기술을 통한 국산화는 선택이 아닌 필수"라고 말했다.
kjunho@yna.co.kr
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