'양자 칩' 움켜쥔 美·'초고속 메모리' 확보한 中… 차세대 연산 패권 경쟁 격화

미국과 중국이 인공지능(AI)의 연산 한계를 넘어서는 양자컴퓨터의 핵심 하드웨어 영역에서 각각 독자적인 기술 돌파구를 마련했다. 미국 정부가 자국 기업 IBM을 앞세워 양자 반도체 내재화에 착수한 가운데, 중국은 고성능 양자 연산의 필수재인 초고속 양자 메모리를 초전도 칩 기반으로 실증하며 맞불을 놨다. 글로벌 기술 패권 경쟁이 기존 초미세 공정 반도체와 AI 가속기를 넘어 미래 안보의 핵심인 양자 영역으로 빠르게 확장하고 있다.


니혼게이자이신문(닛케이)의 6일(현지시각) 보도에 따르면 미국 IBM은 뉴욕 와트슨연구소에서 최신 양자컴퓨터 3기를 공개했다. 연구 책임을 맡고 있는 제리 초 IBM 양자 연구 총괄은 현장 설명회에서 "양자컴퓨터 상용화 단계의 60%에서 70% 수준에 도달했다"라고 주장했다. IBM은 시스템 최하단에 탑재되는 전용 반도체의 국산화에 돌입했으며, 오류 정정 기술을 확보해 화학 물질 분자 반응 계산이나 신약 개발 등 기존 고성능 AI가 풀지 못하는 영역을 개척한다는 구상이다.

이러한 기술 리더십의 배경에는 미국 정부의 전폭적인 보조금 지원이 자리 잡고 있다. 미 상무부는 최근 첨단 로직 공정 경쟁에서의 불확실성이 커지자, 차세대 컴퓨팅 패러다임인 양자 영역에서 선제적 우위를 확보하려는 전략을 구체화하고 있다. 미 상무부는 지난달 양자 관련 기업 9곳에 총 20억 달러(약 3조 1180억 원)를 투자하기로 결정했으며, 이 중 절반인 10억 달러(약 1조 5590억 원)를 IBM이 설립을 추진 중인 양자 칩 제조 전용 법인 '안데론(Anderon)'에 집중 배정했다.
IBM은 앞으로 5년 동안 연구개발과 제조 시설에 100억 달러(약 15조 5900억 원) 이상을 투입한다. 자회사 안데론을 자사 칩뿐만 아니라 외부 양자 기업에도 제조 서비스를 제공하는 미국 최초의 양자 칩 전용 파운드리로 운영해 미국 중심의 독점적 공급망을 굳힌다는 전략이다.


미국이 공급망 하드웨어 주도권 선점에 나선 가운데 중국은 연산 효율을 극대화하는 부품 기술로 응수했다. 홍콩 사우스차이나모닝포스트(SCMP)의 지난 5일 보도에 따르면 중국 저장대학교 루리창 컴퓨터과학기술대학 조교수 연구팀은 초전도 양자 프로세서 내에 양자 임의 접근 메모리(QRAM) 아키텍처를 구현하는 실증 실험에 성공했다. 해당 연구 논문은 올해 3월 국제 학술지 '네이처 피지스'에 게재됐으며, 지난달 중국 과학기술일보를 통해 구체적인 프로토타입 성과가 최종 확인됐다.

양자컴퓨터가 기하급수적인 연산 속도를 내기 위해서는 대량의 고전 데이터에 효율적으로 접근해야 하지만, 그동안 고속 데이터 인터페이스가 없어 데이터를 순차 처리해야 하는 병목 현상을 겪어왔다. 저장대 연구팀은 초전도 양자 칩에서 4비트 및 8비트 데이터에 동시에 접근하는 프로토타입을 실행해 중첩 상태에서 여러 데이터를 한 번에 검색하는 기술을 실증했다. 이는 양자 우위 달성을 가로막던 '데이터 입출력 병목'을 해소했다는 점에서 의미가 크다. 다만 QRAM 역시 오류 누적과 물리적 확장성 문제를 해결해야 하는 과제가 남아 있어 상용화까지는 추가 검증이 필요하다.

중국 과학계는 이번 QRAM 실증이 이론에만 머물던 양자 알고리즘을 실용화 단계로 끌어올리는 분수령이 될 것으로 평가한다. 이 기술을 활용하면 수억 개의 데이터가 포함된 화학 데이터베이스에서 분자 특징을 빠르게 추출해 신약 개발 주기를 단축할 수 있으며, 금융 사기 탐지와 대규모 AI 자연어 처리 능력을 고전 시스템이 도달할 수 없는 규모로 확장할 수 있다.

단기적으로 양자컴퓨터 시장은 핵심 과제인 에러 정정 기술과 고속 메모리의 완성도를 높이는 실증 단계에 머물 전망이다. 미국 하네웰의 양자컴퓨터 자회사 퀀티뉴엄이 이달 4일 뉴욕증시에 상장하며 글로벌 자본 시장에서 대규모 개발 자금 조달에 나선 만큼, 글로벌 테크 기업 간의 상용화 표준 선점 경쟁은 더욱 치열해질 것으로 보인다.

중장기적으로는 미·중 양국의 안보 패권과 직결된 공급망 분리가 가속화될 조짐이다. 미국이 관민 일체로 양자 전용 반도체 파운드리를 자국 내에 설립하는 동시에 중국은 독자적인 메모리 생태계와 소프트웨어 제어 기술을 확보하며 맞서고 있어 핵심 장비와 부품에 대한 수출 통제 리스크가 확산될 가능성이 크다. 국내 반도체 업계와 투자자들 역시 차세대 연산 패권의 거대한 축이 이동하는 흐름을 면밀히 주시해야 한다.


첫째, 美 파운드리 보조금 집행 속도를 확인해야 한다. 미 상무부가 IBM 신설 자회사 안데론에 지급하는 10억 달러의 집행 속도와 실제 양자 칩 수율 확보 시점을 점검해 미국 주도 공급망의 실효성을 판단해야 한다.

둘째, 글로벌 양자 테크 기업의 IPO 동향도 주시해야 한다. 뉴욕증시에 상장한 퀀티뉴엄을 시작으로 후속 테크 기업들의 상장과 자금 조달 규모를 추적해 시장의 자금 유입 강도를 측정해야 한다.

셋째, 국내 소부장 영토 다변화 기회 포착도 중요하다. 초기 단계인 만큼 국내 기업의 직접 수혜는 제한적이나, 극저온 냉동기, 고주파 인터페이스 부품, 특수 패키징 등 주변 인프라 장비와 소재 영역의 국산화 동향을 주목할 필요가 있다.


김주원 글로벌이코노믹 기자 park@g-enews.com