(서울=뉴스1) 김승준 기자 = 2025년은 국제연합(UN)이 선포한 '세계 양자 과학기술의 해'(IYQ)다.
IYQ는 양자역학 탄생 100주년을 기념하고 양자역학의 응용, 중요성을 널리 인식시키고자 선정됐다.
1925년 독일 이론물리학자 베르너 하이젠베르크가 행렬역학을 제안했다. 다음 해에는 오스트리아 물리학자 에르빈 슈뢰딩거가 파동역학을 완성하며 본격적인 양자 과학이 시작됐다.
올해가 '양자역학의 해'가 아닌 '양자 과학기술의 해'라고 이름 붙여질 정도로 양자 분야는 100년 동안 이론에서 실험을 포함한 과학 전반으로 커지고 이제 실용성을 가진 기술로 진화했다.
양자역학은 쿼크, 원자핵, 원자 등 미세 입자와 입자 간 작용, 구조를 탁월하게 설명해 냈다. 그 파급 효과는 첨단 화학, 소재 등 다양한 학문 분야로 퍼지며 양자 과학이라고 부를 수 있는 수준이 됐다.
예를 들어 소재 개발 분야의 밀도 함수 이론(DFT)도 양자 과학의 성과물이다. DFT를 통해 물질 전자 구조, 광학적 특성, 에너지 특성 등을 예측할 수 있어 신소재를 개발할 때 유용하게 쓰이고 있다. 첨단 반도체 기술도 DFT 이론을 비롯한 다양한 양자역학 성과의 결과물이다.
양자 과학은 자연 현상을 활용해 유용성을 창출하는 '양자 기술'로 진화했다. 양자 현상 자체를 활용하려는 연구는 지속해서 이뤄졌지만 실용 수준에 가까운 양자컴퓨터 같은 실질적 성과가 나오는 것은 최근의 일이다.
양자 기술은 산업·안보 측면의 게임체인저로 등장하고 있다.
양자컴퓨터는 양자의 얽힘, 중첩, 간섭 현상을 이용해 일부 연산을 기존 컴퓨터보다 효율적이고 빠르게 할 것으로 기대받고 있다.
주어진 수를 소수의 곱으로 분해하는 소인수 분해가 대표적이다. 소인수 분해는 수가 커지면 난도가 급상승한다. 큰 수는 슈퍼컴퓨터로도 몇 년이 걸려 현대 전산 암호 체계는 소인수분해를 중심이다.
양자컴퓨터는 소인수분해를 빠르게 할 수 있어 보안 분야에서 양자컴퓨터 시대에 대비한 새 암호 체계 연구가 이어지고 있다. 이외에도 대규모 연산이 필요한 소재, 금융 분야 최적화 문제도 양자컴퓨터가 활약할 것으로 전망된다.
다만 슈퍼컴퓨터가 우위인 경우도 있어 IBM 같은 양자컴퓨터 선도 기업에서는 양측을 연결해 장점을 살리려고 한다.
아직 발전 단계이지만 '양자 센서' 분야도 주목받고 있다. 실용화는 멀지만 양자 센서는 이론적으로 더 미세하고 정확한 측정이 가능하다.
특히 안보 분야에서 새로운 감시·항법 시스템을 혁신 할 수 있다. 잠수함, 지하 군사 시설은 인공위성 탐지가 어렵다. 양자 센서를 이용하면 감시하기 쉬워진다. 아울러 양자 관성 센서를 이용하면 GPS 없이도 정확한 항행 시스템이 가능해 함선, 전투기, 미사일을 더 안정적으로 운용할 수 있다.
다만 현대 양자 기술은 양자 상태 유지·제어 안정성을 확보하고 기술 구현 비용을 낮춰야 한다는 한계가 있다.
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