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[서울=뉴스핌] 황숙혜 기자 = 꿈의 기술로 통하는 양자 컴퓨팅은 더 이상 꿈이 아니다.

알파벳(GOOGL)의 자회사 구글과 마이크로소프트(MSFT)를 포함한 빅테크부터 아이온큐(IONQ)를 필두로 한 순수 양자 스타트업, 여기에 초전도체와 극저온 냉각제 등 각종 인프라와 장비를 공급하는 업체들까지 양자 컴퓨팅 기술을 현실화하기 위한 연구개발(R&D)에 가시적인 성과를 이뤄내고 있다.

이른바 양자 우위(Quantum Supremacy)를 실질적으로 입증한 한편 가장 커다란 기술적 과제로 지목됐던 양자 임계점을 돌파한 것으로 평가 받는 구글의 윌로우(Willow) 칩을 포함해 굵직한 이정표도 세워지고 있다.

양자 우위란 특정 문제 해결에서 양자 컴퓨터가 기존의 슈퍼컴퓨터보다 빠르고 정확하게 계산할 수 있다는 의미다. 기존의 컴퓨터로는 불가능했던 계산을 해낼 만큼 양자 컴퓨터가 월등하게 우월한 성능을 가졌다는 얘기다.

양자 우월성이 입증된 뒤에도 이를 현실 세계에 적용하는 일은 간단치 않았다. 큐비트를 많이 연결할수록 양자 컴퓨터가 실질적인 파워를 내는데 큐비트를 늘릴수록 오류 역시 증폭되기 때문. 구글의 윌로우 칩은 큐비트 확장에도 오류가 감소해 양자 컴퓨팅 기술을 실제 문제 해결에 적용할 수 있는 임계점을 돌파했다는 평가를 받는다.

윌로우 칩이 이론적인 양자 우월성에서 실질적인 양자 상용 우위로 가는 첫 관문을 열었다는 해석이다.

◆ 양자, 천재들만의 전유물 아니다 = 젠슨 황 엔비디아(NVDA) 최고경영자(CEO)를 포함해 첨단 IT 업계의 구루들은 앞으로 십여 년 이내에 양자 컴퓨팅이 주요 산업과 일상에 접목되는 시나리오를 점친다.

신약 개발부터 금융 포트폴리오 모델링, 우주 항공까지 광범위한 분야에 양자 컴퓨팅이 접목, 기존의 기술로는 생각하기 어려웠던 성과를 내는 것은 물론이고 평범한 사람들의 일상 생활도 크게 달라질 것이라는 얘기다.

구글 로고 [자료=블룸버그]

양자 컴퓨팅이 소수의 천재들 혹은 NASA(미 항공우주국)에서나 사용하는 기술이라는 오해에서 벗어나야 한다고 업계 전문가들은 강조한다. 아인슈타인 급 천재들만의 전유물이 아니라는 것.

1990년대 개인용 컴퓨터가 처음 등장했을 때 도스(DOS) 명령어를 외우지 못하면 사용이 힘들었지만 스마트폰이 일상화 된 지금은 70대 고령자와 5세 어린이도 아이콘만 손가락으로 톡톡 누르면 간단한 방법으로 기기를 사용하는 것처럼 양자 컴퓨팅도 이 같은 수순을 밟을 것이라는 관측이 나온다.

큐비트와 양자 역학, 소위 슈뢰딩거 고양이 같은 복잡한 이론을 이해하지 못해도 양자 클라우드를 포함한 다양한 형태로 해당 기술에 노출되거나 사용하게 되는 세상이 열리기 시작했다는 설명이다.

물리학에 대한 지식이 없어도 일상 생활에서 망치를 사용하고, 전자기학을 잘 몰라도 전자레인지를 사용하는 것과 같은 이치다.

머신러닝 알고리즘에 대한 해박한 지식이 없이도 아마존이나 쿠팡을 포함한 전자상거래 플랫폼에서 추천 상품을 접하거나 적극 활용하는 추세와 같은 맥락이다.

◆ 양자 시대, 출근길부터 달라진다 = 운전할 때 내비게이션이 필수품이 된 것처럼 양자 컴퓨팅 기술이 일반화되면 출근길부터 일상이 달라질 전망이다.

집을 나서는 순간부터 스마트폰에 탑재된 양자 컴퓨팅 소프트웨어가 날씨부터 생생한 도로 상황까지 분석해 최적의 출근 루트를 제시한다.

"직장까지 네 가지 경로의 교통 상황과 신호등 개수, 거리 등을 감안할 때 오늘은 B 노선을 선택할 때 어제보다 출근 시간을 2분 43초 줄일 수 있습니다."

"1.2km 전방 삼거리에 접촉 사고가 발생했습니다. 30m 앞에서 우회전 하시면 시간을 최소한 17분 줄일 수 있습니다."

"70m 앞의 트럭 운전자가 졸음 운전을 하는 것으로 판단됩니다. 사고 위험이 높으니 차선 변경 시 주의하시고 거리를 두시기 바랍니다."

양자 컴퓨터는 수 조 개에 달하는 옵션을 동시에 계산해서 최소 소요 시간은 물론이고 최소 탄소 배출 및 비용 효율 등 다양한 조건을 동시에 충족시키는 경로를 찾아낸다. 예상되는 사고와 신호 변경, 주변 도로 상황의 변화까지 즉석에서 분석한다.

대중 교통과 자율주행차를 이용하는 경우에도 양자 컴퓨팅 기술이 삶의 질을 높여줄 것으로 기대된다. 자율주행 시스템이 양자 알고리즘을 기반으로 한 예측과 의사 결정으로 교차로와 차선 변경, 돌발 상황 등을 보다 빠르고 안전하게 처리하기 때문이다.

버스나 지하철, 택시 등 대중 교통 역시 양자 컴퓨터가 수요와 공급을 실시간으로 분석해 시간을 최소화하는 한편 출근길 피로감을 줄여줄 수 있다.

◆ 달라지는 카페 및 음식점 풍경 = 카페에서 음료 한 잔 주문할 때나 점심 메뉴를 결정할 때도 양자 컴퓨팅이 삶의 내비게이션을 제공할 전망이다.

"오늘 기분이 '흐림'으로 분석됩니다. 에티오피아 원두에 바닐라를 0.3ml 추가하시면 97.8%의 확률로 기분이 좋아지실 거예요."

"고객님 건강 데이터와 연동했습니다. 최근 염분 섭취가 과하셨군요. 오늘 점심은 저나트륨 파스타가 어떨까요? 양자 영양학 분석 결과 오늘 오후 컨디션에 최적일 것으로 판단됩니다."

양자 프로세서 [자료=블룸버그]

결제 과정도 적잖게 달라질 수 있다고 업계 전문가들은 예상한다. 카페나 음식점의 출입문을 통과하면 양자 기술 기반의 신원 인증 및 보안 프로토콜로 모바일 결제가 스치듯 이뤄진다는 얘기다.

주문과 결제, 적립까지 연결된 대규모 데이터를 양자 시스템이 실시간으로 처리하고, 오류나 보안 리스크를 최소화할 것으로 전문가들은 기대한다.

양자 알고리즘의 조언은 퇴근 후 헬스장에서도 이어진다. 심박수나 체질량을 포함한 기본적인 바이탈부터 특이점까지 파악해 가장 효과적인 프로그램을 제공한다.

"오늘은 고객님의 스트레스 지수가 높게 나옵니다. 양자 바이오 분석 결과 유산소 운동 12분과 요가 8분이 평소에 하시는 근력 운동보다 나을 것으로 판단됩니다. 안내해드린 프로그램이 근력 운동보다 내일 아침 컨디션을 73% 향상시킬 거예요."

넷플릭스 앱을 열고 볼 만한 영화나 드라마를 찾는 데만 10~20분 허비해 본 경험이 있는 이들이라면 양자 컴퓨터 기술의 도움을 크게 받을 수 있다.

"고객님을 위한 양자 감정 분석이 완료 됐습니다. 오늘 회사에서 과중한 업무로 신체적으로나 심리적으로 피로도와 긴장감이 높은 상태입니다. 이럴 때는 코미디보다 오히려 힐링 다큐가 도움이 될 수 있습니다. 잠자기 전까지 97%의 확률로 기분이 훨씬 편안해 지실 겁니다."

잠자는 순간까지 양자 기술의 도움은 이어진다. "오늘 하루 동안 업무와 생활에 관한 모든 데이터를 분석한 결과를 토대로 침실의 온도는 22.7도, 습도는 43%로 설정해 렘수면 시간을 1.3배 늘려 드리겠습니다. 내일 아침 정확히 6시에 얕은 잠일 때 깨워 드릴게요."

이 밖에 특별한 날 의상과 구두를 고를 때나 헤어 스타일을 바꾸고 싶을 때처럼 지극히 일상적인 영역까지 양자 알고리즘이 침투하는 시기가 불과 10여년 앞으로 다가왔다고 업계 전문가들은 말한다.

◆ '응급실 뺑뺑이'·암··· 양자가 해답 = 한 때 의료 천국으로 통했던 한국이 '응급실 뺑뺑이'라는 오명을 쓰는 현실이다.

양자 컴퓨팅 기술은 의료 현장에서도 커다란 변화를 일으킬 것으로 예상된다. 진단과 치료 속도와 정확도가 압도적으로 향상돼 응급 상황의 생존율을 높이는 한편 후유증을 최소화하는 등 혁신적일 변화가 기대된다는 얘기다.

촌각을 다투는 뇌졸중 환자가 발생할 경우 응급실 도착 전부터 양자 컴퓨팅 기술이 작동한다. 구급차가 환자를 이송하는 사이 양자 네트워크를 통해 환자의 뇌 MRI(자기공명영상) 및 CT(컴퓨터단층촬영) 촬영 데이터와 혈액 검사 결과, 심전도와 과거 진료 기록, 유전자 정보까지 실시간으로 암호화 전송되고, 양자 컴퓨터가 수 초 내에 수십억 가지 변수를 시뮬레이션 해 뇌혈관 폐색 부위와 혈류량 변화, 출혈 위험도를 정밀하게 계산한다.

기존에는 전문의가 영상 판독과 혈액 검사 등을 종합해 수 십분 걸려 내놓는 판단을 양자 알고리즘은 실시간 분자 상호 작용 모델링으로 결과물을 제시한다. 아울러 뇌혈전 용해제(TPA) 투여 유효 시간과 용량을 최적화 해준다.

다양한 치료 경로를 양자 시뮬레이션으로 동시에 테스트해 후유증을 최소화하는 한편 회복률을 최대화하는 경로를 의료진이 선택할 수 있게 한다. 담당 의사에게 이른바 '예후 확률 그래프'를 제공해 빠르고 정확한 판단을 내리도록 지원한다는 얘기다.

골든 타임을 사수해야 하는 심장마비 환자도 마찬가지. 이송 중 환자가 착용하게 되는 웨어러블 ECG 및 산소 포화 측정기 데이터가 양자 병렬 연산으로 상태를 즉시 분석하고, 심근허혈의 정도와 부위, 정기적 활동 이상 등을 분자와 세포 수준으로 시뮬레이션 해 불과 수 초 이내에 진단을 제시한다.

환자의 처치 과정에도 양자 컴퓨팅 기술은 커다란 힘을 발휘할 전망이다. 양자 AI가 심장 도관 삽입 경로와 혈관 확장 스텐트의 크기 및 재질을 환자 맞춤형으로 제안하고, 수술 도중 출혈 가능성이나 잠재적인 위험 요인들을 분자 상호작용 시뮬레이션을 통해 예측해줄 수 있다고 업계 전문가들은 말한다.

응급실의 풍경도 지금과는 크게 달라질 가능성이 높다. 응급실 벽면 스크린에는 환자의 실시간 장기 상태와 치료 시뮬레이션 결과, 예후 확률이 시각화돼 표시되고, 의료진은 AI의 제안과 직관을 결합해 신속한 의사 결정을 내리고 수행하게 된다.

치료 시작까지 걸리는 시간이 기존 수 십분에서 몇 초 수준으로 단축되고, 환자의 생존율이 대폭 상승하는 것은 물론이고 장기 후유증 발생 가능성이 크게 떨어질 전망이다.

양자 암호기술로 모든 의료 데이터는 철저하게 보호되고, 원격 의료진도 안전하게 동시 접속해 협진이 가능해 진다.

양자 컴퓨팅 시대의 병원 진료는 데이터 통합 속도와 맞춤형 예측 시뮬레이션, 초단기 의사 결정이 핵심을 이룰 전망이다. 특히 뇌졸중과 심장마비처럼 초 단위로 생존 확률이 바뀌는 질환에 혁신적인 변화를 만들어낼 것으로 기대된다.

뇌심혈관 질환에만 제한되는 얘기가 아니다. 스마트워치로 혈당과 혈압을 측정하는 수준을 넘어 AI 가정의가 1차적인 진료를 담당하고, 양자 컴퓨터로 신약 개발 속도가 10배 빨라지는 세상이 이르면 2027~2030년부터 펼쳐질 것으로 전문가들은 예상한다.

독일라이프니츠컴퓨팅센터 양자시스템 [사진=블룸버그]

2035년 이후에는 개인 맞춤형 유전자 치료가 대중화되는 한편 대부분의 암이 만성질환 정도로 극복될 것이라는 관측이다.

◆ 포트폴리오 최적화의 진화 = 양자 컴퓨터 시대가 한 발 가까이 다가오면서 흥분을 감추지 못하는 것으로 월가를 빼놓을 수 없다.

기존의 프로그램으로는 현실적으로 불가능한 포트폴리오의 실시간 최적화가 가능해지고, 매매 타이밍이나 리밸런싱도 점차 자동화될 것이라는 관측이다.

양자 알고리즘이 수 백개에서 수 천개 이상의 변수와 제약 조건을 동시에 고려해 최적의 포트폴리오 구성을 실시간에 가깝게 도출해 줄 것으로 예상된다.

이미 BBVA와 멀티버스 등은 양자 알고리즘이 포트폴리오 문제를 기존 프로그램 대비 최대 1만배 빠르게 해결한 사례를 실증한 바 있다.

금융시장의 급변동과 이른바 시스템 리스크가 현격하게 높아진 가운데 양자 컴퓨팅 기술은 정확한 예측과 선제적인 대응을 가능하게 할 전망이다.

매 순간 시장 데이터를 분석해 의미 있는 패턴을 즉각 포착하고, 고빈도 트레이딩과 파생상품 가격 산정, 보다 정교한 자산 배분 전략이 가능해 진다는 설명이다.

기관 뿐 아니라 개인들의 투자 여건도 크게 달라질 것으로 보인다. 초개인화된 투자 자문 서비스가 보편화될 것이라는 얘기다.

양자 컴퓨팅 기반의 투자 플랫폼이 개인 투자자의 성향과 목표, 증시 주변 변수들까지 실시간으로 반영해 맞춤형 투자 상품이나 자산을 제안한다. 기존의 로보 어드바이저를 크게 뛰어넘는 수준의 정밀한 포트폴리오 운영이 가능해 진다고 월가는 말한다.

양자 컴퓨팅의 본격적인 도입은 개별 종목이나 자산 투자 및 포트폴리오 운영 방식과 의사 결정 과정, 트레이딩 및 위험 관리 인프라 전반에 걸쳐 혁신을 촉진할 것으로 월가는 기대한다.

◆ 양자 테마 미리 올라 타라 = 세상을 바꿔 놓을 기술로 기대를 모으는 양자 컴퓨팅 기술은 이미 주식시장에서 하나의 테마로 부상했다.

관련 기술 부문에서 새로운 이정표가 나올 때마다 관련 종목들이 강력한 상승 모멘텀을 보이다가 관심이 식으면서 주가도 후퇴하는 흐름이 반복되는 모양새다.

시장 전문가들은 양자 기술이 구글과 마이크로소프트, IBM(IBM) 등 빅테크들만의 얘기가 아니라고 강조한다.

아이온큐와 리게티 컴퓨팅(RGTI), D-웨이브 퀀텀(QBTS) 등 순수 양자 스타트업과 더 나아가 극저온 냉각 장비와 초전도체, 반도체 장비 등 인프라까지 영역이 확장된다는 설명이다.

[양자 시대] 기획은 이번 미래상에 대한 스케치에 이어 각 섹터별 유망주를 짚어 보기로 한다.

shhwang@newspim.com