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10일 서울대에서 진행된 'IQM 세미나 인 서울'에서 크리스틴 레자이 IQM 기술 판매 엔지니어(왼쪽)와 이성빈 전국양자정보과학동아리연합회(QISCA) 회장이 양자 알고리즘에 대해 논의하고 있다. 이병구 기자 2obottle9@donga.com

10일 오후 서울대 자연과학관 1층 강당은 학생들이 '코딩'에 열중하며 키보드를 두드리는 소리로 가득 찼다. 미래 기술로 주목받는 양자컴퓨터를 실제로 구동해 문제를 푸는 '양자 알고리즘'을 짜는 것이다.

전국양자정보과학동아리연합회(QISCA) 회장을 맡고 있는 이성빈 씨(서울대 물리천문학부 20학번)는 양자컴퓨터 활용이 '희소한 기회'라고 말했다. 그는 "2021년에 처음 미국 IBM의 양자컴퓨터를 사용해 본 적이 있다"며 "오랜만에 양자컴퓨터를 직접 활용해 볼 수 있었다"고 밝혔다.

이 씨는 "오늘 실습한 예제 중 하나는 GHZ라는 양자 상태를 만드는 것인데 이전에 썼던 양자컴퓨터로는 구현이 어려웠던 문제"라며 "그동안 양자컴퓨터 하드웨어 수준과 사용 편의성이 높아진 게 체감됐다"고 소감을 밝혔다.

이날 진행된 'IQM 세미나 인 서울'은 핀란드 양자컴퓨터 기업 IQM이 자사 양자컴퓨터를 프로그래밍에 활용할 수 있는 클라우드 서비스 '레조넌스2.0(Resonance 2.0)' 시스템을 활용해 양자컴퓨터 사용 기회를 제공하고 사용자들을 교육하기 위해 마련됐다.

QISCA 소속 학생들을 중심으로 대학생, 대학원생 20여명에게 양자컴퓨터 사용 기회가 제공됐다. 이 씨가 초대 회장을 맡은 QISCA는 서울대, KAIST, 연세대, 고려대 학생 약 200명이 소속된 전국 동아리연합회다.

이 씨는 학생과 연구자들이 양자컴퓨터를 자유롭게 다뤄볼 수 있는 '양자 놀이터'가 필요하다고 강조했다. 그는 "양자컴퓨터를 실제로 사용해 봐야 양자컴퓨터에 대한 이상과 현실의 괴리가 없어질 것"이라며 "제 친구는 양자컴퓨터의 오류율을 추정하는 연구를 하는데 결국 진짜 양자컴퓨터를 써볼 수 없다면 연구의 의미가 없어진다"고 말했다.

양자컴퓨터는 고전컴퓨터로는 계산이 너무 오래 걸려 해결이 불가능한 특정 유형의 문제를 풀 수 있다. 특히 신약·신소재 탐색이나 최적화 문제 해결, 암호 해독 등에 유망할 것으로 기대된다. 어떤 물리적 상태가 하나로 정해지지 않고 동시에 존재하는 양자중첩 현상을 활용한 정보처리 단위 '큐비트(qubit)'로 계산을 수행한다. 큐비트가 많을수록 성능이 좋다. 

이날 세미나 참가자들은 양자컴퓨터에 대한 기초 지식을 배우고 약 2시간 동안 예제 등을 통해 자유롭게 양자컴퓨터를 양자 알고리즘을 짜고 IQM의 양자컴퓨터를 통해 실제로 구동했다. 양자컴퓨터 구동에 적합한 알고리즘은 고전컴퓨터와 다르다.

실습 중 궁금한 부분은 IQM 북미 지역 판매 엔지니어인 크리스틴 레자이 연구원과 실시간으로 논의가 이뤄졌다. 레자이 연구원은 "양자컴퓨터의 핵심은 양자컴퓨터 회로 동작을 최적화하는 것이 핵심"이라며 "많이 다뤄보고 노하우가 쌓여야 한다"고 말했다.

QISCA 회원뿐 아니라 올해 IQM의 교육용 5큐비트급 양자컴퓨터인 '스파크(Spark)'를 설치한 충북대 학생들도 세미나에 참여했다. 스파크는 학생들이 양자컴퓨터 하드웨어를 직접 살펴 보고 체험할 수 있는 기반을 제공한다.

이날 학생들과 함께 양자컴퓨팅을 체험한 이동근 한국과학기술정보연구원(KISTI) 양자정보응용연구단 선임연구원은 "연구자들이 실제로 양자컴퓨터를 활용해 볼 기회가 더 많으면 좋겠다"고 밝혔다.

IQM은 2025년 3월 유럽 최초로 54큐비트급 초전도 양자컴퓨터를 핀란드 기술연구센터(VTT)에 납품했다. 유럽에서 가장 성능이 우수한 핀란드 루미(LUMI) 슈퍼컴퓨터와 연동해 하이브리드 양자컴퓨팅 환경을 구축했다. 2026년 150큐비트, 2027년 300큐비트 시스템으로 업그레이드하는 계약을 체결했다.

다음은 이성빈 씨, 레자이 연구원과의 일문일답.

Q. 양자컴퓨터가 주목받고 있지만 아직 산업에서 경제적 가치를 창출하지는 않는다. 대학생 입장에서 양자 분야에 관심을 둔 이유는 무엇인지. 동아리 연합회까지 설립한 계기가 궁금하다.

"(이성빈 씨)최근 양자과학기술이 미래를 바꿀 '게임 체인저'로 주목받으면서 미국 등 여러 국가의 정부 기관이나 대기업들이 양자 분야에 투자하고 있다. 양자 산업에 큰 가능성이 있다고 보고 저도 뛰어들 수 있다면 개인뿐 아니라 국가에도 큰 의미가 있을 것이라고 생각했다.

정부 계획에 따르면 2035년까지 양자 전문인력을 2500명 양성한다고 하는데 졸업생 전망을 보면 크게 부족하다. 양자 인력을 모으려면 몇 년에 걸친 노력이 필요하다. 대학생, 나아가 고등학생 때부터 양자에 관심 있는 인재들을 미리 모으면 좋을 것 같아서 동아리 연합회를 조직했다.

양자컴퓨터를 실제로 활용할 수 있는 기회를 최대한 많이 제공해야 양자과학기술 분야로 인재를 유도하기도 쉬워지고 국가에서 필요한 양자 전문인력 육성으로 이어진다.

양자컴퓨터에 관심 있는 미국 전역의 대학생들이 모여 2020년부터 '퀀텀코얼리션(Quantum Coalition)'이라는 조직을 만들어 매년 해커톤을 연다. 수백 명이 참가하고 기업 후원도 받는다. 미국 양자정보 분야 인력에 큰 보탬이 된다고 알고 있다.

대만 학생양자컴퓨터학회(SQCS)도 2020년부터 해커톤과 학생 콘퍼런스 등을 연다. 최근 행사 규모가 국내 양자인 퀀텀코리아 수준으로 큰 것 같다. SQCS는 양자컴퓨팅 기초에 대한 책을 내고 교육 동영상도 제공하는 등 양자인력 육성에 적극 기여하고 있다."

Q. 현재 양자컴퓨터의 주요 고객층은 어디인가?

"(레자이 연구원)현재 양자컴퓨터 수요는 주로 교육과 연구 분야에 집중됐다. IQM의 주요 고객은 학술기관과 고성능 컴퓨팅센터다. 예를 들어 IQM의 5큐비트급 모델 스파크는 주로 학생들이 양자컴퓨터 하드웨어를 직접 보고 체험하며 프로그램을 개발해볼 수 있도록 교육용으로 활용된다. 20, 54큐비트까지 구현된 IQM의 '레디언스(Radiance)' 양자컴퓨터는 주로 슈퍼컴퓨터와 연동한 하이브리드 시스템을 제공하며 연구용으로 최적화됐다. 구체적인 용도는 고객에 따라 다르다."

Q. 양자과학기술 석학인 미하일 루킨 미국 하버드대 교수 연구실에서 공부했는데. 연구자 입장과 실제로 양자컴퓨터를 판매하고 서비스를 제공하는 입장에 어떤 차이가 있나.

"(레자이 연구원)루킨 교수 연구실에서 실험물리학을 전공했다. 연구실에 있을 때는 오직 저 자신과 과학 연구만을 위해 양자컴퓨팅 시스템을 구축했다면 이제 최종 사용자인 고객에 초점을 맞춰야 한다. 실험실에서는 물리학자로 구성된 팀 안에서 일했지만 이제 제품개발팀, 마케팅팀, 그리고 엔지니어링팀 등과 정기적으로 소통해야 한다. 양자컴퓨터 분야에 더 폭넓은 인재가 필요하다는 뜻이다.

양자컴퓨터 사용자가 모두 양자물리학자는 아니다. 실험 전문가, 알고리즘 및 애플리케이션 연구자, 소프트웨어 개발자 등 다양한 배경의 사용자가 양자컴퓨터를 쉽게 사용할 수 있도록 사용자 교육 제공, 시스템 접근성 향상 등에 초점을 두고 있다. 양자컴퓨터가 고장이나 점검 없이 오랜 시간 연속으로 작동하는 것도 중요하다."

[이병구 기자 2bottle9@donga.com]

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