양자 역학 선진국 일본

전 세계적으로 양자 역학 기술에 대한 관심도가 증가하는 상황 속에서

일본에서도 양자 역학 기술에 대한 관심이 높아지고 있다.

 

일본은 양자 암호 분야 등 양자 역학 기술 분야에 진출하고 있는 다양한 기업들이 존재하고 있다.

향후 미래산업에 중요한 변환점이 될 것으로 예상되는 양자 역학 기술에서 일본은 미래를 선도하기 위한 준비를 하고 있다.

 

영자 역학

 

양자 역학 컴퓨터 시장 규모

 

일본 야노 경제 연구소는 2020년 일본의 양자역학 컴퓨터 시장 규모가 62억 엔이라는 조사 결과를 발표했다. 해당 시장 규모는 2025년에는 430억 엔, 2030년에는 2300억 엔으로 향후 10년간 급속한 성장을 보일 것으로 예측하고 있다.

 

자료: 야노경제연구소

 

일본에서는 현재 금융, 화학, EC(전자상거래), 제조(시뮬레이션 분야), 물류 등에서 실증 실험이 활발하게 진행되고 있다.

 

재료 계산이나 시뮬레이션에 양자 역학 컴퓨터를 활용한 응용 프로그램들이 속속 등장하고 있다. 의료분야에서는 신종 코로나 바이러스 감염 시뮬레이션의 실증 실험도 등장하는 사회 다방면에서 양자 역학 컴퓨터를 활용한 실험이 증가하고 있다.

 

자료: 닛케이, CBInsight

 

향후 양자 역학 컴퓨터 시장은 하드웨어의 진화와 개발 환경의 개선뿐만 아니라 하드웨어의 성능을 이끌어내는 애플리케이션 및 이를 원하는 사용자 기업을 확보하는 것이 중요하다.

 

현재 IT 사업자들은 양자 역학 컴퓨터 활용 기업들과의 소통을 통해 활용 애플리케이션의 개발에 집중하고 있다.

 

또한 양자 컴퓨터 개발 기업들은 SDK나 Github와 같은 프로그래밍 개발 플랫폼에 적극적으로 양자 역학 컴퓨터에 대한 정보를 제공하면서 양자 컴퓨터 소프트웨어 개발 환경을 정비하고 있다.

 

양자 역학 기술 육성을 위한 전방위적인 노력

 

일본은 2018년부터 양자 역학 기술과 관련한 전문가 회의를 시작해 2019년 내각부가 발표한 일본의 미래 발전 전략인 ‘종합 이노베이션 전략 2019’에 양자 역학 기술 추진 내용을 반영했다.

 

그리고 지속적으로 양자역학 기술 발전과 관련한 민간기업과 학회의 의견을 반영해 2020년 1월 ‘양자 역학 기술 이노베이션 전략’을 책정하고 적극적인 양자 역학 기술 육성을 위한 적극적인 정책을 책정하였다.

 

‘양자역학 기술 이노베이션 전략’에서 가장 중점적으로 진행한 내용은 중점영역 설정과 주요 거점을 설립하는 것이다.

 

양자 역학 기술 중 중점적으로 발전시킬 분야를 ‘주요 기술 영역’으로 설정하고 양자 역학 기술을 융합해 새로운 기술로 발전할 가능성이 높은 분야를 ‘양자 융합 이노베이션’ 영역으로 설정해 로드맵을 설정했다.

 

그리고 기술 지원을 위해 대규모의 연구개발 지원 및 기업 투자를 유치할 계획을 세웠다.

 

주*: 양자 난수: 빛의 무작위성을 이용하는 등 양자의 특성을 활용해 예측이나 추적이 불가능한 난수를 생성함. 양자 난수를 활용하면 보안에서 활용되는 비밀번호 생성의 보안성 등이 매우 높아짐.   주**: 머티리얼 인포매틱스(Materials Informatics): 소재 개발에 AI를 도입해 연구하는 방식. 사람이 100종류의 고분자를 혼자 합성해 확인하는데 5~6년이 걸리지만 AI를 활용하면 1분 정도만에 유망한 소재를 발견할 수 있음.(오사카 대학, 사에키 아키노리 교수) 자료: 내각부

 

또 다른 주요한 논의로 양자 역학 기술 거점 설립과 관련해 국내외의 인적 물적 자본을 투자해 총 8개의 연구 거점을 마련하였다.

 

2001년부터 양자 역학 컴퓨터 연구센터를 보유해 지속적으로 연구를 진행한 이화학연구소(Rikken innovation)를 2021년 2월 26일 총괄 거점으로 지정하고 이화학 연구소를 포함한 8개의 연구기관을 거점기관을 선정했다.

 

선정된 기업은 도쿄공업대학, 물질재료 연구기관, 양자과학기술 연구 개발기구, 정보통신 연구기구, 오사카대학, 산업기술 종합연구소, 도쿄대학-기업 연합이다.

 

이화학연구소는 다른 8개의 연구 거점들을 총괄해 양자 역학 기술 개발을 협력해 연구 개발을 강화해 나간다는 계획이다.

 

 

 

앙자 역학 기술 이노베이션 거점의 주요 활동으로는 ① 국제 워크숍 개최 등 국제연계 추진, ② 지적재산권의 관리 및 국제 표준화 전략, ③ 기업 기술자와의 공동연구 등 산학관 연계 활동, ④ 인재 육성 과제, ⑤ 연구시설의 상호 이용 등 연구개발 지원의 추진 등이 있다.

 

자료: 이화학연구소

  

양자기술의 선두 경쟁을 준비하는 일본

 

 

 

이러한 노력은 정부뿐만 아니라 학계와 산업계에서도 적극적으로 동참하는 흐름을 만들고 있다. 2020년 7월 도쿄대를 사무국으로 하는 <양자 이노베이션 이니시티브 협의회>를 발족하고 금융, 화학, 자동차 산업 등 다양한 분야의 기업들이 참가해 양자 역학 컴퓨터의 활용에 대해 논의하기 시작했다.

 

이 협의회는 민간, 정부, 학계가 모두 참여하는 협의회로 양자 역학 컴퓨터의 활용을 위한 협력을 가속화하기 위해 활용 사례를 공유하고 양자 역학 컴퓨터 활용 가능 엔지니어를 교육하는 등 양자기술을 성장시키기 위한 협의체를 구성하는 시발점이 되었다.

  

그리고 2021년 5월 31일 NTT, 히타치, 후지츠, 도요타 등 다양한 분야의 11개 대기업들이 참여하는 ‘양자 역학 기술을 활용한 신산업 창출 협의회’ 설립에 대한 발기인 대회를 개최했다.

 

이번 대회에 관해 NTT의 시노하라 히로미치 회장은 ”양자 역학 기술은 일본 산업 발전을 촉진할 잠재력을 가지고 있다. 산관학의 지혜를 모아야 할 때”라고 언급하며 이번 모임의 의의를 설명했다.

  

양자 역학 기술의 개발에는 고도의 제조기술이 필요한데 일본은 양자통신, 암호 하드웨어와 관련해서 세계적인 수준을 자랑한다.

 

정보 분석 회사 Valuenex의 조사에 따르면 해당 분야에서 도시바가 104건, NEC가 88건으로 세계적인 수준을 자랑한다. 도시바의 경우는 양자 역학 암호에 필요한 열쇠를 원거리로 송부하는 기술에서 속도와 거리에서 세계 최고의 수준을 자랑한다.

 

자료: 닛케이, Valuenex

 

일본 기업들은 기술적인 우수성을 보유하고 있는 양자 역학 통신·암호 기술을 다양한 분야에 적용하고자 노력하고 있다.

 

업계의 선두를 달리고 있는 도시바는 노무라 홀딩스와 협력하여 주식거래의 데이터 전송에 암호 통신기술을 활용해 빠른 거래 처리 및 대용량의 통신에 대응할 수 있는지를 점검하고 있다.

 

특히 사이버 공격의 위협이 높아지며 금융업계에서 고객정보의 보호 등이 중요한 문제로 대두하고 있어 향후 양자 역학 암호 통신에 대한 수요는 전 세계적으로 매우 높아질 것으로 예상된다.

 

도시바는 양자 역학 암호시장 규모가 2018년에는 1400억 엔 규모였으나 2035년에는 약 2조1000억 엔 규모로 성장할 것으로 예상하고 있다.

 

(자료:  도시바)

 

미·중·일 격화되는 양자기술 패권 다툼

  

일본의 이러한 노력은 양자 역학 기술에서의 패권에서 뒤처질 수 없다는 의지가 엿보이는 부분이다.

 

일본 NEC가 1999년 세계 최초로 양자 역학 컴퓨터의 기본 소자를 입증하는 등 양자기술 연구에서 존재감을 부각해오고 있었으나 현재 <양자 혁명>이라고 불리는 변혁기에서는 세계적인 흐름에 따라가지 못한다는 지적도 나오고 있다.

 

기술의 실용화 문제에 있어서는 중국에 현재 뒤처지는 상황이다.

  

중국은 국가 주도로 기술을 육성하고 있으며 베이징과 상하이를 연결하는 거대한 네트워크를 구축, 2021년 1월에는 인공위성과의 4600㎞의 양자 역학 통신을 성공했다고 발표하는 등 실용화에서 한 발 앞서가는 모습을 보이고 있다.

 

양자역학 기술과 관련한 특허 수를 살펴보더라도 중국은 3074건, 미국 1557건으로 두 국가 모두 일본의 750건을 한참 앞서가는 모습을 보여주고 있다.

  

자료:  닛케이 , Valuenex

 

전 세계 양자 역학 기술 공개 특허의 조감도를 살펴보더라도 중국의 발전이 눈에 띈다. 일본의 경우 양자 역학 통신 암호의 하드웨어에서는 존재감을 보이고 있으나 소프트웨어에서는 존재감을 발휘하지 못하고 있다.

 

중국의 경우 베이징-상하이를 연결하는 통신망을 구축하며 쌓은 장비개발과 운용의 노하우를 살려 시장 기술을 선도해 나가는 상황이다.

 

자료: Valuenex

 

양자역학 기술의 패권 다툼은 점점 격화될 것으로 보인다. 미국의 경우 양자 역학 컴퓨터의 하드웨어에서 기술적인 우위를 차지하고 있다.

 

이에 기술에 대한 투자도 증가하고 있다. 2018년 미국 정부는 양자 역학 컴퓨터 연구에 2억 달러 예산을 투자하기로 했고 바이든 정권에서는 더욱 적극적으로 투자할 것으로 예상된다.

 

닛케이 신문에 따르면 일본 정부 관계자는 “바이든 정권과 조기에 협력하고 싶다”고 전해 미국과 일본 간 기술 협력을 통한 연구 개발 가능성도 존재한다.

 

결론

  

차세대 기술이라고 평가받는 양자역학 기술에 대해 선진국들은 기술 전쟁에 돌입하고 있다. 일본 역시도 미래시대를 이끌어가기 위해 경쟁을 위한 준비를 서두르고 있다.

 

특히 일본의 경우 휴대전화, 평면 디스플레이 등 뛰어난 선도기술을 보유하고 있었음에도 경쟁에서 패배한 사례가 많다.

 

한때 90년대 압도적인 기술력을 자랑하던 일본의 반도체 산업은 현재 한국과 대만에 점령당한 상황이다. 이러한 기술 경쟁에서 패배한 경험을 반성하고 양자역학 기술에서는 두 번 다시 실패를 경험하지 않고자 최선의 노력을 다하고 있다.

  

다만 압도적인 자금력으로 양자 역학 컴퓨터 기술을 선도하고 있는 미국이나 사업화에 적극적인 중국을 대상으로 하는 경쟁이 쉽지는 않다.

 

일본은 자신들이 가지고 있는 기술을 활용해 전략적으로 기술을 육성하고 산업을 성장시켜 나가야 하는 문제가 있다. 이 과정 속에서 어떻게 일본의 양자 역학 기술들이 발전해 나갈지 그 귀추를 주목해야 할 것이다.

  

또한 우리 기업들의 경우 향후 변화하는 양자역학 기술의 트렌드를 민감하게 관찰하고 빠르게 해당 기술을 도입할 수 있는 여건을 조성해야 할 것이다.

 

또한 해당 기술의 발전과 함께 새롭게 창출되는 공급망의 기회를 유심히 지켜보면서 새로운 사업 기회를 모색하는 것이 바람직할 것이다.