세계의 양자 컴퓨터 개발 전략과 현황
2025년 현재 세계 각국은 양자컴퓨터 개발 전략을 국가 과제로 선정하여 추진 중입니다.
1. 각국별 개발 전략과 경쟁 구조
1) 미국의 양자컴퓨터 경쟁 전략
미국의 양자컴퓨터 개발 전략은 상용화 선도 국가 유지 입니다. 그 핵심 기업은 IBM, Google, Amazon, Intel, IonQ, Rigetti, Quantinuum 등이 있습니다. 기술 선도로 세계를 Lead 하겠다는 전략을 중시하고 있습니다.
양자컴퓨터 시스템으로는 초전도 큐비트, 이온트랩, 광자, 실리콘 스핀 등을 적용합니다.
세계 양자컴퓨터 HW 시장의 70% 이상을 미국 기업들이 보유하고 있습니다. 동시에 SW와 Cloud Service까지 망라함으로써 양자컴퓨터 시장 선도 국가의 위상을 확립했습니다.
또한 DARPA, NSF, DOE, NASA 등 연방정부 주도 기관에서 양자컴퓨터 R&D 개발 자금 제공을 담당하고 있습니다.
민간 기업 중심으로 추진하여 국가 프로젝트와 연결하는 전략입니다.
2) 유럽연합(EU)의 공동 연구 및 표준화 중심 전략
EU의 양자컴퓨터 추진 핵심 국가는 독일, 프랑스, 영국, 네델란드, 핀란드 등입니다. 그 핵심 기업은 IQM(핀란드), Pasqal(프랑스), Oxford Quantum Cirquits(영국), Qu Tech(네델란드) 등이 있습니다.
EU의 추진전략은 Quantum Flagship Program 10 Year 깃발 아래 10억 유로 자금으로 개발을 진행 중입니다. 동시에 양자 통신 Network EuroQCI 구축을 병행하고 있습니다. 초기는 기초기술개발과 표준화에 주력하고 있습니다. 최종적으로 European Quantum Sovereignty(양자 자립)을 달성하고자 합니다.
3) 중국의 국가 주도형 초고속 선진 기술 추격 전략
중국의 양자컴퓨터 핵심 기관은 중국과학기술대, Origin Quantum, Alibaba, Baidu 등이 있습니다.
2020년에 광자 기반 양자 우월성 실험 결과를 발표하였습니다. 국가 차원의 양자 정보 과학 Mega Project(양자 굴기)를 추진하고 있습니다. 중앙정부 주도로 R&D 투자, 군사, 보안, 통신 분야의 연계 추진 전략을 수행 중입니다.
4) 일본의 광자 중심 장기적 기술 개발 전략
일본의 양자컴퓨터 개발 대표 기관은 NTT, RIKEN, Fujitsu, Toshiba 등이 있습니다.
Moonshot Project를 통해 2050년까지 완전한 Error 정정 양자컴퓨터 개발을 목표로 하고 있습니다. 산업계, 학계, 정부의 삼각 협력 구조를 구축하여 추진하고 있습니다.
5) 한국의 기초와 응용 융합을 통한 성장 전략
2030년까지 국산 양자컴퓨터 Proto Type 개발을 목표로 추진 중입니다. 핵심 기관은 ETR, KRISS, QnTL. 삼성, LG, KAIST 등 입니다.
양자 SW, 통신, 보안 등 응용 기술 중심으로 연구 개발을 확대하고 있습니다.
정부는 2023년도에 K-Quantum 국가 Road map을 수립하였습니다.
2. 주요 세계 양자컴퓨터 개발 회사
1) IBM
양자컴퓨터 Flat form으로 초전도 큐비트를 사용합니다. 대표적 시스템은 IBM Eagle(127 큐비트), IBM Osprey(433 큐비트), IBM Condor(1,121 큐비트) 등이 있습니다.
Qiskit 이라는 Open Source Program 공개로 세계 연구자들이 IBM Network에 접근 가능하도록 하고 있습니다. 또한 양자컴퓨터 Cloud Service도 제공하고 있습니다.
2) Amazon
아마존 플랫폼 Amazon Braket를 통하여, 직접 개발보다는 여러 HW 파트너와 협력 개발 전략을 추진 중 입니다. D-Wave, IonQ, Rigetti 등과 협력하여 양자 어닐링, 이온 큐, 초전도 큐비트 등을 개발 중입니다. 또한 자체 HW 연구소 AWS를 설립하여 Cloud 기반 양자서비스 QaaS(Quantum as a service)를 제공하고 있습니다.
3) Google
Google Quantum AI 플랫폼에서 양자 우월성(Quantum Supremacy)을 2019년에 달성 했다고 발표 했습니다. 슈퍼컴퓨터가 1만년 걸리는 연산을 양자컴퓨터가 200초 내에 수행해 냈다고 발표 했습니다. 양자컴퓨터의 결깨짐 Error Correction 연구에 집중하여, 오류률 저감 능력이 업계 최고 수준 입니다.
양자컴퓨터와 AI Hybrid 연산 시스템을 선도하고 있습니다.
4) D-Wave Systems
캐나다 본사 미국 시장 중심의 양자 어닐링(Quantum Annealing) 시스템 개발 회사 입니다. 양자 게이트 대신 어닐링 이라는 연산 방식으로 에너지 최소 사용 양자 연산 회로를 개발 하였습니다. 양자 어닐링은 최적화 문제 해결에 유용한 시스템 입니다.
D-Wave의 양자 어닐링 시스템을 NASA, Lockheed Martin, Google 등에서 사용 중입니다. 물류, 금융, AI, 재료 분야의 최적화 문제 해결에 사용합니다.
5) IQM Quantum Computers in Finland
초전도 큐비트 기술 기반 HW 개발을 목표로 하고 있습니다.
유럽 내에서 양자컴퓨터 HW 상용화 가능성이 가장 높은 회사 입니다.
6) Alibaba Quantum Laboratory
중국의 초전도+양자 시물레이션 시스템 양자컴퓨터 회사입니다. 2018년에 11큐비트 양자 게이트 실적을 발표했습니다.
양자 AI 및 보안 통신 통합 플렛폼을 개발하고 있습니다.
7) NTT
일본의 광자 기반 양자컴퓨터 개발 회사 입니다. 일본전신전화 회사에서 추진하고 있습니다. 2023년 25광자 큐비트 실적을 발표 했습니다.
일본 정부의 Moonshot Project의 핵심 수행기관 입니다. 2025년 11월 13일까지 완전한 오류정정 광자 작동 양자컴퓨터 개발을 목표로 제시하였습니다.
8) QnTL(Quantum & Time Lab)
초전도 큐비트 양자 통신을 연구 하는 한국의 Start-up 회사 입니다. 초전도 양자 칩, 양자 신호 측정용 극저온 양자 회로 개발 회사 입니다. 양자 레이더와 양자 센싱(Sensing)을 병행하여 개발 합니다.
정부의 양자 컴퓨팅 국가 프로젝트에 참여하고 있습니다. 한국형 양자컴퓨터 Proto Type 구축에 주력하고 있습니다.
3. 양자컴퓨터 기술의 산업별 응용 분야
1) 인공지능(Quantum AI)
양자 Machine Learning(QML), 양자 강화 학습, 양자 Neural Network 분야가 AI와 융합하는 Hybrid System 입니다. 대규모 데이터 Pattern 인식 속도 향상을 목표로 개발하는 기술입니다. 복잡한 최적화 문제를 빠르게 탐색하는 기술을 개발합니다.
2) 의학과 신약 개발
양자 화학 시물레이션을 이용하여 신약의 분자 구조와 작용, 단백질의 접힘 등을 연구 개발하여 신약을 개발합니다.
항암제 분자의 상호 작용, 암 발생 유도 단백질을 제거하는 신약 개발 등이 추진 중입니다. 현 단계에서는 연산 능력이 부족하지만 가까운 장래에는 개발이 될 것으로 봅니다.
Google Quantum AI가 진행 중입니다.
3) 보안 통신 분야
양자 암호, 양자 보안 키, 양자 난수표 생성 등의 기술을 개발합니다. 양자컴퓨터 쇼어(Shor) 알고리즘에 의한 금융거래 RSA 암호 깨기에 대응하는 기술도 개발 중입니다.
정부 기관, 금융분야, 국방 통신망에 활용되는 기술 입니다.
4) 소재와 화학 분야
고분자 구조, 초전도체 구조, 배터리 소재의 전자 구조 등의 시물레이션으로 신소재를 개발하는 분야 입니다.
철강보다 질긴 초미세 섬유를 개발해 낼 수 있는 분야 입니다. 멀지 않는 미래에 새롭고 가벼우며 경제적인 소재가 등장할 것입니다.
현재 양자컴퓨터는 초전도 시스템이 개발되어 시판되고 있습니다. 그 가격은 수천만 달러이고, 무게도 50톤 정도 입니다. 대기업이 아니면 구입할 수 없는 형편 입니다.
양자컴퓨터 Cloud Service를 이용하더라도 그 기능에는 한계가 있기 마련입니다.
우리나라 양자컴퓨터 회사가 상용화 수준의 가격(백만원 대)과 HW 크기를 가진 양자컴퓨터 개발 업적을, 세계 최초로 달성할 것이라고 진심으로 바랍니다. 두 손 모아 기원 드립니다.
이상으로 기나긴 양자컴퓨터 On Line 강의를 마칩니다.
대단히 감사합니다.
不肖 올림.
