월간전기

양자(量子, quantum) 역학적 특성에 기반해 시스템을 만들거나, 정보를 생성·제어·계측·전송·저장·처리하는 기술로서 양자암호, 양자통신, 양자센서, 양자소자, 양자컴퓨터, 양자시뮬레이터 등을 구현하기 위한 과학과 기술 일체를 ‘양자과학기술’이라고 한다. 양자과학기술 및 양자산업을 육성하기 위해 기업, 대학, 연구소 등을 상호 연계하여 조성하는 지역을 ‘양자클러스터’라고 한다. 정부는 오는 7월 《국가 양자클러스터》를 최대 5개소 지정할 예정이다.

과학기술정보통신부(이하 과기부)는 지난 1월 29일 서울 여의도 켄싱턴호텔에서 『제1차 양자과학기술 및 양자산업 육성 종합계획』과 『제1차 양자클러스터 기본계획』을 발표했다. 이 계획은 ’24년 「양자기술산업법」 시행 이후 처음 수립된 종합계획이다.

계획에 따르면, 과기부는 오는 7월 《국가 양자클러스터》를 최대 5개소 지정할 예정이다. 총사업비는 5년간 2,500억원이며, 클러스터 지정 시 「양자기술산업법」이 정한 ’26~’30년 지원 조치를 우선 적용받게 된다. 각 지자체는 컴퓨팅, 통신, 센싱, 소재·부품·장비, 알고리즘 등 5대 분야 중 하나를 주력 분야로 정해 지역별 『양자 5개년 개발계획』을 수립하여 제출하면 된다. 양자 관련 산·학·연이 형성돼 있거나 인프라가 우수한 지역은 ‘기술거점 허브’로, 반도체 또는 전자·전기처럼 양자전환 가능성이 높은 업종을 주력산업으로 한 지역은 ‘수요거점 스포크’로 역할을 나눠 공동 신청해도 된다.

양자기술은 기존 산업과 융·복합을 통해, 산업 구조 및 경제·사회 전반의 변화와 기술혁신으로 미래가치를 창출하는 국가 성장동력이다. 배경훈 부총리 겸 과기정통부 장관은 양자기술에 대해 “AI 시대 이후의 국가 경쟁력을 결정지을 파괴적 혁신기술”이라고 말했다. 현재는 미국, 유럽이 양자기술 경쟁우위 확보 및 산업 선점을 위해 클러스터 기반 생태계와 소재·부품·장비(이하 소부장) 공급망 육성을 선도하고 있다.

주요국은 양자기술 핵심 소부장의 기술 자립화 전략 강화 및 자국 내 공급망 내재화를 최우선 과제로 설정했다. 미국은 「반도체과학법」에 기반한 양자기술을 국가 안보의 핵심으로 간주하고, ’22년부터 반도체·양자 등 핵심기술 및 제품 수출을 통제하고 관련 공급망을 자국 중심으로 재편 중이다. EU 또한 체계적이고 구조적인 산업 생태계를 구축하고, 공급망 보안 및 전략 자율성 확보를 추진하고 있다. 올해 안에 「Quantum Act(양자법)」를 제안할 예정으로 알려졌다.

해외 스타트업은 차별화된 독자기술, 시장 지향적 제품, 수요 기반 글로벌 확장 등 성공적 전략으로 생태계를 구축 중이다. 예를 들어 ▶(양자컴퓨팅) 미국 IONQ는 고유의 ‘이온트랩’ 기술로 시장경쟁력을 극대화했으며, 폭넓은 민·관 파트너십으로 최고기술력을 확보했다. ▶(양자통신) 스위스 IDQ는 국제 표준을 선도하는 독보적 QKD 기술을 보유하고 있으며, QRNG, SNSPD 등 기술 다각화로 글로벌 시장을 공략하고 있다. ▶(양자센싱) 프랑스 MUQUANS는 레이저 냉각 기반의 시장친화 정밀측정 기술을 상용화하고 있으며, 산·학·연 생태계 활용으로 고부가 틈새시장을 공략하고 있다. ▶(양자소부장) 핀란드 BLUEFORS의 전통적 극저온 냉각기는 글로벌 최고 기술우위를 점하고 있으며, 꾸준한 제품개발 및 기업 인수로 시장 확장을 모색하고 있다.

주요국들은 또한 지역거점과 신기술을 연계하면서, 국가 차원의 양자기술 산업 확산과 생태계 활성화를 위해 정부 주도 퀀텀 클러스터를 조성하고 있다.

우리나라는 ’24년 11월 「양자기술산업법」 시행 이후, ’25년 3월 「퀀텀 이니셔티브 추진전략」 등 글로벌 생태계 진입을 위해 산업화 전략을 추진하고 있다. 국내 양자 생태계는 스타트업과 중소기업 중심으로 초기시장을 형성 중이며, ’25년 1월 기준으로 양자컴퓨팅(8개), 양자통신(6개), 양자센싱(7개), 양자소부장(2개) 등 23개 기업이 활동 중이다.

그중 소부장 기업은 핵심 품목 대부분을 수입에 의존하고 있으며, 우리로(단일광자수신칩), SDT(초정밀 양자계측 제어장치) 등이 경쟁력을 보유하고 있는 정도이다. 이에 큐노바(양자컴퓨팅), 큐심플러스(양자통신), 퀀텀센싱·GQT코리아(양자센싱), SDT(소부장) 등 강점보유 기업들을 육성하여 국내 반도체·정밀 제조 분야 경쟁력과 산업 강점을 활용한 국산 소부장 기업을 내재화해야 한다는 목소리가 높아지고 있다.

’25년 9월 기준으로 서울, 부산, 인천, 대전, 세종, 경기, 강원, 충북, 충남, 전북, 경북 등 11개 지방정부가 조례를 제정하고 전담부서를 신청하는 등 지역 양자 생태계 활성화를 위해 노력하고 있다. ▶서울 : KIST 양자팹, 소부장 오픈팹 ▶경기 : 성균관대-KANC 양자팹 ▶대전 : KAIST 양자팹 ▶울산 : UNIST 양자팹 ▶인천 : IBM 양자컴퓨터 도입 ▶충북 : IQM 양자컴퓨터 도입 등이 그 성과이다.

또한 충남(한국생산기술연구원/단파적외선 기반 양자 라이다 모듈), 경기(도심형 자율주행 실증단지에 하이브리드 양자 암호통신 적용), 부산(배터리 불량검출 양자 자기장 센서 실증) 등 지역 주력·첨단산업 중심으로 양자기술 접목 특화전략을 모색하고, 지방정부와 기업 협력으로 실증하는 프로그램 수요를 계속해서 발굴하고 있다.

정부는 《퀀텀 클러스터》 조성과 관련하여 ’25년 2월 12일과 4월 18일 두 차례에 걸쳐 양자 산·학·연 현장에서 전문가들의 의견을 청취했다. 현장 의견수렴 결과는 다음과 같다.

핵심기술 개발에 필요한 고성능 양자 인프라 기술을 국산화하기 위해 유망 기업을 발굴 및 육성하여 해외 경쟁력을 확보할 수 있도록 지원이 필요하다. 또한 반도체, 통신, 보안 등 기존 첨단산업과의 융합 모델을 구체화하고, 기업에 대한 세제 혜택 등 정부 지원을 강화해야 한다.

초기 양산 품질 확보를 위해 공용 장비 인프라를 전문적으로 운영·관리할 수 있는 전문가를 확보하고, 이를 지속적으로 운영·지원하는 것이 핵심이다.

핵심기술 인력의 기술창업을 가로막는 제도적 제약을 개선하고, 연구소기업을 활성화하며, 인력수급 및 금융지원 등을 통해 시장 경쟁에 대응할 수 있는 기반을 조속히 마련해야 한다. 또한 단계별로 신규 양자기술 기업을 발굴하고, 성과평가를 통해 우수기업에 집중적으로 지원함으로써 기업 간 경쟁을 촉진하여 강소기업의 성장을 유도한다. 더불어, 성장 잠재력이 높은 양자기술 기업에 대한 멘토링 및 사업화 지원을 위한 펀드를 마련하고, 정부-민간 공동 매칭 방식의 양자 기술창업 지원 프로그램도 필요하다.

기존 사업의 양자전환(Quantum Transformation, QX)에서 양자 원천기술 확보를 최우선으로 하며, 응용 개발 역시 양자원리에 기반한 실질적 기술 이득을 목표로 중장기적 관점의 전략을 수립해야 한다. 산업분야별 구심점이 될 대표(앵커) 기업을 유치하고, 참여하는 관련 기업군이 늘어나고 기업들이 뿌리내려 정착할 수 있는 산업 생태계 조성이 필요하다. 대학·연구소 연구원들이 창업 전문가와 근거리에서 자연스럽게 교류할 수 있도록 전용 공간 마련과 교류 프로그램 구성이 필요하다.

정부는 이번 『양자종합계획』을 통해 양자기술 주권 확보에 나선다는 방침이다. 이 같은 목표 달성을 위해 양자컴퓨팅·양자통신·양자센서 3개 분야 특화전략과 R&D혁신·산업기반·인력양성·국제협력 4개 기반조성 전략을 마련했다.

▶양자컴퓨팅 분야는 국산 기술의 내재화를 통해 글로벌 공급망 진입을 꾀한다. ’28년까지 국산 풀스택 양자컴퓨터 개발을 위한 《제조 그랜드 챌린지》를 추진해 핵심기술 자립을 이끈다. 특히 자동차·제약·금융 등 기존 기술로 해결이 어려웠던 산업 난제를 양자와 AI의 결합으로 풀어내는 산업 활용사례(Use-case)를 ’30년까지 100개 이상 발굴할 계획이다. 아울러 양자컴퓨터와 고성능컴퓨터(HPC), AI가 결합된 하이브리드 인프라를 구축해 연구자들에게 최적의 환경을 제공해 활용사례 발굴을 지원하겠다는 구상이다.

▶양자통신 분야에서는 전국 규모의 암호통신망 확산과 국방·금융 등 핵심 인프라 실증에 주력한다. 행정·에너지 등 주요 구간에 ‘양자암호키분배(QKD)-양자내성암호(PQC)’ 하이브리드 모델을 적용하고, 개방형 테스트베드를 전국으로 넓힌다. 또한 양자메모리 기반 중계기 기술을 확보해 100km 이상의 장거리 양자인터넷 실증에 나서며, PQC 알고리즘 표준화와 연계한 국가 주요 산업의 시범 전환도 확대한다.

▶양자센서 분야는 국방 특화기술 자립과 산업별 상용화 체계 구축에 방점을 찍었다. ’30년을 목표로 무(無) GPS 양자항법시스템, 잠수함 탐지 센서 등 국방 무기체계와 연계한 R&D를 전개하고, 바이오·반도체·모빌리티 등 수요가 높은 산업군별 맞춤형 실증을 지원한다.

지역을 양자산업의 거점으로 만드는 작업도 본격화한다. 지역 중심의 양자산업 생태계 구축을 위해 정부는 올해 5대 분야(양자컴퓨팅, 통신, 센서, 소부장, 알고리즘) 양자클러스터를 지정할 계획이다. 클러스터에는 다중 플랫폼 양자컴퓨팅 인프라, HPC-QPU 연계 환경, 개방형 양자 테스트베드, 양자센서 융합연구센터 등이 들어선다. 이렇게 조성된 클러스터에서 지역 주력·첨단산업과 연계한 『QX 프로젝트』가 추진된다.

클러스터 조성과 함께 창업 생태계 조성도 강화한다. 기초연구 성과가 사장되지 않도록 개념검증(PoC) 사업화를 지원하고, 국가 양자 인프라 공동활용 체계를 구축한다. 양자 테스트베드, 개방형 양자팹, 양자컴퓨팅 활용환경 등 개방형 인프라를 확대한다.

《K-퀀텀 액셀러레이터》를 육성해 양자기업의 성장을 돕고, 석·박사급 양자 연구인력의 기술사업화 역량도 강화한다. 과학기술혁신펀드, NEXT UNICORN Project 펀드 등 공공펀드 연계를 확대하고, 사업화 자금 지원과 시제품 개발·실증으로 규모 확대(scale-up)를 지원한다. 글로벌 선도기업 유치와 국내 투자 확대를 위한 입지·세제 지원도 강화한다.

이러한 산업화 지원과 더불어 R&D 혁신도 추진한다. 30년을 내다본 전략 기초연구 체계를 구축하고, 국내 양자 역량을 총결집하는 ‘국가양자연구소(가칭)’를 설립한다. 실패를 허용하는 『혁신도전형 R&D』(DARPA형)를 도입하고, 대형 R&D 과제에 창업·기술이전 의무를 부여한다. 양자 산업 펀드를 결성해 민간 투자도 촉진한다.

R&D 역량 강화와 함께 인력양성도 전주기 체계로 추진한다. 양자 대학원 고도화, 고급 해외인력 유치, 초·중·고 양자 교육 프로그램 확대로 인재 파이프라인을 만든다. 양자 특화 엔지니어 교육과정과 산학연계 프로그램으로 전문 엔지니어를 양성하고, 업종별 양자기술 지원 전문가 그룹을 운영해 유스케이스 기반 실무교육을 제공한다.

국내 역량 강화와 함께 국제협력도 강화한다. 주요국 양자기술 회의체 참여와 의제 주도, 기술선도국과 협력 관계 형성, 민간 협력 강화로 전략적 파트너십을 다변화한다. 핵심 양자 소부장 공급망을 안정적으로 확보하고, ITU-T, ISO/IEC JTC1, JTC3 등 국제표준 기구 활동도 지원한다.

정부는 독자기술 개발과 병행한 해외 선도기업과의 협력을 통해 우리나라를 ‘글로벌 양자 허브’로 육성할 계획이다. 올해 세계적 양자컴퓨터 기업인 아이온큐(IonQ)의 양자컴퓨터를 국내에 도입하고, 한국과학기술정보연구원(KISTI) 슈퍼컴퓨터와 연동해 세계 최고 수준의 하이브리드 연구 환경을 구축한다. 엔비디아·IBM·아이온큐 등과의 협력으로 《퀀텀 알고리즘 센터》도 설립할 예정이다.

한편, 『양자종합계획』 발표식에서 민간기업 위주의 ‘양자기술 협의체’가 공식 출범했다. 협의체에는 ▶제조 분야(삼성전자, LG전자) ▶통신 분야(SK텔레콤, KT) ▶금융 분야(국민은행, 신한은행) ▶방산 분야(한화, LIG) 등 각 분야별 대표 기업들이 참여했다. 협의체는 산업 분야의 실질적 난제를 양자기술로 해결하고, 양자 분야 초기시장 창출을 주도할 계획이다.

또한, 발표식에서 과기부는 이온트랩 기반의 양자 컴퓨팅을 제공하는 미국 기업 아이온큐(IONQ)와 업무협약도 체결했다. 아이온큐와 SK텔레콤 등 국내 기업이 함께 48개 정부 기관을 연결하는 대규모 양자 보안 네트워크를 구축한다는 계획이다. 이를 위해 국내에 10인 규모 공동연구센터를 설립하고, 향후 3년간 연 500만 달러(약 71억원)를 투자하기로 했다.

아이온큐의 양자컴퓨터도 국내에 도입한다. 업무협약에 참여한 스콧 밀라드(Scott Millard) 아이온큐 최고책임자(CBO)는 “한국을 단순히 진입할 시장이 아니라, 양자 시장을 함께 구축해 나갈 파트너로 바라보고 있다”며 “한국이 인프라 지원, 국가 전략에 대한 접근을 허용한다면 아이온큐는 인재·기술·글로벌 경험을 제공할 것”이라고 말했다.

배경훈 부총리 겸 과기정통부 장관은 “이번 종합계획과 클러스터 기본계획을 통해 대한민국이 글로벌 양자기술과 산업의 중심지로 도약할 수 있도록 산·학·연·관 등 국가의 모든 역량을 집중하겠다”고 전했다.