[반도체] 양자기술, 이것만 보면 개념 완벽 정리

KISTI R&I Report_양자기술 과학 ·기술 ·산업 분석

 

1. 양자기술, 왜 필요할까?

*양자기술 : 더는 쪼갤 수 없는 양자적 특성을 정보통신 분야에 적용해 보안, 초고속 연산 등을 통해 기존의 정보통신에서 한 걸음 나아간 차세대 정보통신기술

 

(1) 다양한 산업에서 난제 해결에 기여할 기술

 범용 양자컴퓨터가 개발된다면 이를 활용하여 산업적 발전을 이룰 수 있는 분야가 매우 다양하다. 일례로 반도체 분야에서는 집적회로의 형태 및 공정 프로세스 최적화, 반도체 미세구조 설계 등을 통해서 성능 향상을 획기적으로 기대할 수 있고,  의료 및 신약 분야에서는 DAN 구조 분석을 통한 신약개발, 정밀 MRI, 미세암 진단 등에 활용될 수 있다. 또한 물류 분야에서는 경로 최적화에 활용될 수 있으며, 안보 분야에서는 사이버 공격에 안전하게 시스템을 유지할 수 있다. 이렇게 다양한 응용분야가 기대되고 있어서 범용 양자컴퓨터가 개발된다면 응용분야가 폭발적으로 늘어날 것으로 기대된다.

 

(2) ICT 분야 국가 경쟁력 확보를 위한 핵심기술

우리나라의 ICT 기반  품목(반도체, 평판디스플레이및센서, 무선통신기기, 컴퓨터)이 상위 10대 품목에서 차지하는 수출액 비중이 약 47%에 이를 정도로 우리나라의 수출 구조는 ICT 기반 품목에 의존하고 있다. 특히 ICT 기술의 일종인 양자 기술은 인공지능의 한계를 극복 하고, 데이터 및 ICT 기술을 기반으로 하는 4차 산업 혁명을 견인할 기술로 일컬어지고 있다. 

 

2. 양자기술의 범위

양자기술 또는 양자정보과학(Quantum information technologies) 은 “양자역학적 특성을 정보통신기술에 적용하기 위하여 양자상태를 생성(쓰고), 제어(전송, 저장, 처리), 측정(읽고) 및 분석하는 기술”로, 양자통신, 양자센싱 및 계측, 양자컴퓨팅으로 구분된다.

(1) 양자통신

송신자와 수신자 사이에 단일광자 또는 공유된 얽힘에서 고전 통신 기술의 도움으로 양자 정보(예를 들면, 광자 또는 원자의 상태)를 전달하는 기술이다. 양자통신 시장에는 세계 각국의 정부뿐 아니라 글로벌 대기업들의 R&D 투자도  함께  증가하면서 향후 시장에서의 주도권을 확보하려는 경쟁이 치열하다. 

(2) 양자센싱·계측

양자 원리를 활용함으로써 고전 시스템을 사용한 센싱·계측 기술 의 분해능, 민감도, 측정영역의 한계를 극복하는 기술이다. 양자센서·계측  업체에는 AOSense(미국), Apogee Instruments(미국), M-Squared  Lasers(영국), Bosch(독일),  Muquans(프랑스),  Lockheed Martin(미국), Qnami(스위스), GWR(영국), Sparrow Quantum(덴마크), Microsemi(미국), Teledyne(미국), Oscilloquartz(스위스) 등이 있다.

(3) 양자 컴퓨팅

양자역학적 현상을 이용하는 양자컴퓨터는 상호작용하는 양자비트 (qubit, 큐비트)를 기반으로 하며 확률적이며 가역적 연산방법을 사용하는 컴퓨팅 기술이다. 양자컴퓨팅 하드웨어 분야에는 IBM(미국), Microsoft(미국), Amazon(미국) 등 글로벌 IT 기업이 양자컴퓨팅 클라우드 서비스를 출시하여 기술 접근성 및 자사 플랫폼으로 유입을 확대하고 있다.

한편, 양자컴퓨팅 소프트웨어 기업에는 CQC(영국), Q-ctrl(호주), Zapa- ta Computing(미국), Anyon Systems(캐나다), quantum benchmark (캐나다), 1Qbit(캐나다), QCware(미국) 등이 있다.

 

3. 경쟁환경 분석

 

신규진입기업의 위협은 낮은 것으로 분석되어 이 분야는 수익성이 높은 것으로 판단되며, 기존 기업 간의 경쟁은 브랜드에 대한 충성도가 높고 가격경쟁이 낮으므로 수익률이 높다. 그리고 제품의 차별성으로 인해 양자 기술 구매자의 협상능력은 낮고 공급자가 더 높은 협상력을 가지게 된다. 한편 소비자의 욕구를 충족시켜 줄 다른 산업의 제품이나 서비스가 존재 하지 않아 대체재의 위협은 매우 낮은 상황이다.

따라서, 양자기술 분야는 공급자 중심의 경쟁 환경을 가지고 있으며, 차별적 기술 우위는 이 시장의 지배적 위치를 차지할 것으로 판단된다.

 

4. 결론

양자 기술은 각국 정부에서 인공지능을 능가할 핵심기술이고 미래에 모든 산업을 크게 흔들 수 있는 전략기술로 인식하면서 대규모 투자를 진행하고 있다. 한편 양자기술은 현대 과학의 대명사인 양자역학에서 출발하지만 양자역학뿐만 아니라 수학, 컴퓨터공학, 전기공학, 재료공학, 나노공학 등이 어우러진 복합적인 기술인데 이러한 복합적인 기술은 신규 진입자에게 매우 높은 장벽으로 작용한다. 따라서 경쟁력 향상을 위해, 지속적이고 장기적인 투자가 필요하다. 

그리고 현재 우리나라의 양자 기술 전문가는 150명 정도로 추산되고 있는데 이 정도의 인력으로는 전세계적인 양자 기술 경쟁에서 선도국을 추격하기에는 많이 부족한 상황이기 때문에, 양자기술 관련 인력 양성 및 산업 생태계 조성에 힘을 기울여야 한다.

 

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양자기술에 대해 더 자세한 사항은 보고서를 참고해보세요!

KISTI RnI Report 양자기술 보고서.pdf

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