새정부의 대한민국 디지털 전략 방향

과학기술정보통신부는 지난 9월 28일 대한민국 디지털 전략을 발표하였습니다. 대한민국 디지털 전략은 윤석열 대통령이 방미 순방 중 발표한 뉴욕구상을 구체적으로 실현하기 위한 정책 로드맵이자, 윤석열 정부의 국가 디지털 정책을 이끌어 갈 선도 전략입니다. 동 전략은 디지털 전환에 본격 대응하는 디지털 종합전략으로서 범부처 과제를 종합 연계하여 전 분야를 아우르는 정책방향과 주요 정책과제를 제시하고 있습니다. 아울러, 디지털 혁신으로 국가 전반의 생산성을 제고하고 민간이 주도하는 디지털 혁신 문화를 강조하고 있습니다.  

환상이 아닌 현실로 다가온 양자컴퓨터

해외에서도 양자컴퓨터 기술은 느리지만 확실하게 그 활용사례가 증가하고 있습니다. 구글은 2019년 10월 오랫동안 기대했던 양자기술의 혁신적인 발전을 이루었다고 밝히면서 헤드라인을 장식했습니다. 그 시점이 전통적인 컴퓨터가 수행할 수 없는 과업을 양자컴퓨터가 수행할 수 있게 된 시작이라고 할 수 있습니다. 그것도 불과 얼마 안되는 짧은 시간에 할 수 있습니다. 예를 들면 구글은 고전적인 컴퓨터라면 수천년이 걸려야 끝낼 수 있는 과업을 순식간에 종료했다고 합니다.

구글 뿐만 아니라 다양한 글로벌 기업들이 양자컴퓨터 기술을 활용하고 있으며, 그 활용분야를 10대 영역으로 정리하면 아래와 같습니다. 인공지능, 배터리 성능 개선, 더 깨끗한 비료 생산기술, 사이버 보안, 의약품 개발, 전자소재 개발, 재무모델링, 교통 최적화, 기후 예측 및 기후변화 대응 등이 주요 영역이라고 할 수 있습니다.

• Artificial intelligence (인공지능)
• Better batteries (배터리 성능 개선)
• Cleaner fertilization (더 깨끗한 비료 생산기술)
• Cybersecurity (사이버 보안)
• Drug development (의약품 개발)
• Electronic materials discovery (전자소재 개발)
• Financial modeling (재무모델링)
• Solar capture (태양 관측)
• Traffic optimization (교통 최적화)
• Weather forecasting and climate change (기후 예측 및 기후변화 대응) 

양자컴퓨터 활용 10대 선도기업

이러한 양자컴퓨터 기술을 적극적으로 활용하고 있는 기업들은 다음과 같이 10대 선도기업들이 있습니다. IBM은 주로 인공지능 분야에서 활용하고 있고, JPMorgan Chase은행은 재무모델링 관점에서 활용하고 있습니다. Microsoft는 친환경 관점에서 환경친화적인 비료 생산에 활용하고 있고, Rigetti Computing은 기후 예측 분야에 양자컴퓨터를 활용하고 있습니다. Post-Quantum은 사이버보안 분야에서 해당 기술을 활용하고, ProteinQure는 의약품 개발 분야에서 활용하고 있습니다. Daimler Truck AG는 더 개선된 배터리 생산에 활용하고 있습니다. Volkswagen AG는 교통흐름 최적화 분야에 활용하고 있습니다. 김정상 창업자(듀크대 교수)의 IonQ는 탄소배출 절감 분야에 활용하고 있습니다. ColdQuanta는 우주통신, GPS 등 다양한 통신기술분야에서 활용하고 있습니다.

이렇게 다양한 분야에서 세계적인 기업들은 이미 양자컴퓨터 기술을 사업적으로 활용하고 있습니다. 다만, 국내기업의 경우 아직은 괄목할 만한 성과를 보이고 있지 못해서 아쉬운 부분이 있습니다.

현대 암호체계를 대체하는 양자암호

양자컴퓨터는 계산 복잡도에 기반한 현대암호의 보안성을 붕괴시킬 수 있다고 알려져 있습니다. 양자암호는 이러한 현대암호의 취약점을 근본적으로 방지할 수 있는 차세대 보안체계로, 계산 복잡도 기반이 아닌 양자역학의 물리 법칙에 기반한 안전성을 제공하기 때문에 양자컴퓨터의 고속 연산 능력에 관계없이 높은 보안성을 보장한다고 합니다.

현대의 암호 체계는 수학적인 문제를 기반으로 공개키와 비밀키를 생성하고, 이를 이용하여 정보를 암호화하고 해독하는 것이 일반적입니다. 반면 계산 복잡도가 아닌 양자역학 법칙에 기반하고 있는 양자암호는 양자컴퓨터의 연산 능력과 관계없이 높은 보안성을 보장할 수 있어서 조만간 현대 암호체계를 대체할 수 있을 것으로 보입니다.

KIST, 양자암호 상용화 핵심기술 개발

양자키 분배(QKD) 기술은 양자암호의 상용화를 위해 반드시 갖추어야 할 핵심 기술로 꼽힙니다. QKD 구현을 위해 해결해야만 하는 주요 기술 이슈는 두 가지가 있는데, 첫째는 현재 약 100km내에서만 작동이 제한되는 통신거리이고, 두 번째는 일대일(1:1) 통신에서 일대다(1:N) 또는 다대다(N:N) 네트워크 통신으로 확장하는 것입니다.

한국과학기술연구원(KIST)은 양자정보연구단 한상욱 단장 연구팀이 단일 광원을 사용하는 PnP 구조를 적용하여 TF QKD 시스템 작동에 필요한 난이도를 낮추는 것과 동시에, 1:1이 아닌 다대다 네트워크로 확장이 동시에 가능한 시스템 구조를 제안했다고 밝혔습니다. 이는 캐나다 토론토 대학에 이어 TF QKD 네트워크 실험 검증에서는 세계에서 두 번째로 성공한 것입니다.

퀀텀 점프를 향한 여정, 부산시와 IBM 손 맞잡다

산업용 애플리케이션 개발의 일환으로 양자 컴퓨터를 상업적으로 장기간 활용할 수 있도록 지원하고, 각 산업과 개발자들에게 양자 이점(quantum advantage)을 제공할 양자컴퓨팅 생태계가 부산에 구상되고 있습니다. 부산시는 미국 IBM·한국 IBM과 양자컴퓨터 생태계 조성을 위한 양해각서(MOU)를 체결했다고 밝혔습니다.

지난해 12월 우리 정부도 양자컴퓨팅을 ‘10대 국가 전략기술’의 하나로 선정하고, 2026년까지 50큐비트*급 양자컴퓨터 개발 및 상용화와 2030년까지 양자 핵심인력 1,000명 육성 등 양자컴퓨팅 생태계 조성을 위한 사업에 박차를 가하고 있습니다.

* 큐비트(qubit 또는 양자 비트 quantum bit) : 양자 컴퓨터 또는 양자 정보의 기본 단위

의약품 개발, 차세대 배터리 설계, 부식 분석, 자동차 구조 분석, 신소재 개발 등 다양한 유형의 비지니스 분야에서 획기적인 문제 해결 방식을 제공함으로써 새로운 가치를 창출해 내는 ‘전략 산업’을 만들어 낼 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 이러한 이유로 양자컴퓨팅은 이미 확립된 산업에 가치를 더해 새롭게 성장하는 산업을 대표할 수 있습니다. 부산시의 목표는 지역 내 상업용 양자 산업을 육성하기 위한 공공 투자 사이클을 촉진하는 데 있습니다.

전문가들의 우려사항

무한한 가능성과 잠재력을 보유한 양자 컴퓨팅 기술에 대해 각계의 전문가 그룹이 큰 기대와 함께 많은 걱정을 하고 있습니다. 분명하게 새로운 물질을 만들고 인간 DNA 조작까지 가속화할 수 있는 양자 컴퓨팅 기술은 확실하게 인류에게는 큰 축복이 될 수 있겠지만 만약의 경우 부정적인 방향으로 전개될 수 있는 가능성에 대한 윤리적 우려를 제기하고 있습니다. 이들 전문가들은 공개된 “Quantum Ethics : A Call to Action” 유튜브(YouTube) 영상에 출연하기도 했습니다.

양자 컴퓨팅 혁신과 윤리적 관점의 균형

최근에 구글(Google)의 전 양자 하드웨어 책임자 등이 등장하는 양자 컴퓨팅 매체 ‘Quantum Daily’ 영상을 소개한 월스트리트 저널은 기술의 윤리적 영향에 대해 다른 양자 컴퓨팅 업계 리더들과 대화를 시작하는 것이라고 보도했습니다. 전 구글(Google)의 양자 하드웨어 과학자 최고 책임자 존 마티니스(John Martinis) 캘리포니아 대학 산타 바바라의 물리학 교수는 “우리가 새로운 컴퓨팅 능력을 갖게 될 때마다 인류의 이익을 얻을 수 있는 잠재력이 있지만, 하지만 사람들에게도 해를 끼칠 수 있는 방법도 상상할 수 있다” 말했습니다. 현재 상황을 보면 양자 컴퓨터 기술은 아직 초기 단계에 있기는 하지만 기술의 잠재적 이점과 단점에 대해 논의하고 둘 사이의 균형을 잡는 방법을 찾는 것이 중요하다고 그는 강조했습니다. 마티니스 박사와 양자 컴퓨팅 회사 ‘옥스포트 퀀텀 서킷(Oxford Quantum Circuits)’의 최고 경영자 일라나 위스비(Ilana Wisby)와 양자 컴퓨팅 하드웨어 회사 ‘EeroQ’ 창립자이자 최고 경영자 닉 파리나(Nick Farina) 등도 짧은 비디오에 등장합니다.

새롭게 등장하는 모든 과학기술들이 이러한 혁신적인 장점과 오용 가능성을 갖고 있기 때문에 전문가들이 표현하는 우려사항은 특별한 것은 아니라고 볼 수 있습니다.

이미 전문가들은 양자 컴퓨팅의 잠재적 문제에 사전적으로 대비하고 있습니다. 금융 서비스 회사는 강력한 양자 컴퓨터가 현재 사이버 보안에 사용되는 가장 널리 퍼진 암호화 방법 중 일부를 깰 수 있는 시기를 대비하고 있습니다. 수백 명의 세계 최고 암호화 전문가들이 고전적 사이버 공격과 양자 컴퓨팅 사이버 공격을 모두 차단하는 미국의 새로운 암호화 표준을 개발하기 위한 경쟁에 참여하고 있습니다.

너무 앞서서 기술의 부정적인 영향에 대한 걱정을 할 필요는 없다고 봅니다. 양자컴퓨팅 기술도 지금까지 우리가 경험했던 많은 혁신적인 과학기술과 유사한 발전경로를 걸어갈 것으로 봅니다. 인류가 축적한 많은 지혜와 통찰력을 활용한다면 얼마든지 유용한 성과를 거둘 수 있을 것으로 봅니다. 모든 혁신기술을 대할 때 균형적인 시각을 유지하는 것이 중요합니다. 냉철한 머리, 따뜻한 가슴, 부지런한 손과 발만 있으면 잠재적인 위험을 최소화할 수 있을 것으로 봅니다.