[전국기자협회=구충모 기자] 양자과학과 정보과학이 합쳐진 양자과학기술은 미국과 중국이 기술패권국가로 미래를 결정짓는 '게임 체인저'의 핵심이 될 전망이다.  

양자란 Quantum 어떤 물리향이 더 이상 작아질 수 없는 초극한 상태에서 구별되는 최소한 특정한 물리적 상태를 말한다. 예를 들면 전하량의 기본 단위는 전자 1개의 전하랼이고 빛의 최소단위는 한 개의 光子다.

2019년 구글이 개발한 53개 큐비트 양자컴퓨터 시커모어'는 슈퍼컴퓨터가 1만년 걸리는 연산을 200초만에 해낸다. 지난 10월 중국은 '쭈충즈'라는 이름의 66큐비트 양자 컴퓨터로 세상을 놀라게 했다. 

양자정보과학은 컴퓨터의 양자암호통신, 양자소프트웨어, 양자물질, 양자시뮬레이션 양자센서 양자과학의 통칭으로 국가안보와 경제 산업 전반은 물론 미래 과학기술 패권의 판도를 재편하고 뒤집어 놓을 '게임체인저'로 부상하고 있다.

이러한 양자현상은 이론으로만 존재하는 것이 아니다. 모든 물리량의 최소단위의 세계에서는 반도체의 제조과정에서 부터 회로의 선폭을 좁히고 전역의 소모를 줄여 집적도를 높이는 고도의 기술진화를 포함 하지만 흐르는 전자가 터널링 효과로 예측불가능 상태의 엉뚱한 햔상을 일으키는 현상을 경험하게 된다. 

광통신 군사용 무기 위성장비 의료기기 정밀가공 통신장비 조명기기 등에 널리 쓰이고 있는 레이저도 양자과학 응용기술의 대표적인 사례라고 할 수 있다. 기존 디지털과학 컴퓨터에서 정조의 최소단위 비트bit는 0 과 1 가운데 하나의 상태만을 가진다. 양자컴퓨팅의 기본 정보단위인 큐비트 qubit는 양자 중 중첩은 두 개 상태의 조합 만큼의 정보를 한번에 다를 수 있게 한다.

큐비트는 중첩된 양자의 확율적 상태를 포함해 네 개의 정보를 다루는 동안 큐비트의 수를 n개로 늘리면 한번에 처리할 수 있는 정보의 양이 2의 n제곱이 되어 양자컴퓨팅의 연산능력은 폭발적으로 빨라진다는 과학적 원리다.

전자스ㅡ핀은 한 쌍의 양자상태를 가지는데 한 쌍의 얽힌 양자는 멀리 떨어져 있어도 얽힌 상태를 유지하는데 이 중 하나의 상태를 관측해 상황이 정해지면 다른 하나의 상태도 정해진다. 

인류과학이 아직 완전히 알아내지 못한 양자정보과학이 과학의 영역에서 부분적인 제어와 관측이 가능해져 '현상'을 응용하고 예측하는 수준까지 와 있다는 것이다.

큐비트를 활용한 양자컴퓨팅의 알고리즘과 양자 컴퓨팅 언어를 개발하는 것은 컴퓨터 과학의 최대 과제다. IBM은 2ㅣ난 11월 127큐비트 '이글'을 발표했고 미국 정부는 양자컴퓨팅을 국가핵심 전략기술로 지정해 지원하고 있다. 

양자암호통신은 얽힌 광자쌍을 이용해 송신자와 수신자 사이에서 암호키를 분배하는 것이 핵심기술이다. 양자는 기본적으로 복제가 불가능하고 도청이나 감청을 시도하면 양자상태가 바뀌어 즉시 감지할 수 있다. 

마이크로소프트나 아마존 등 빅테크기업을 앞세운 미국의 양자기술 보다 양자암호통신 분야에서는 중국이 앞서 있다. 암호를 푸는 것이 국가의 안보 차원에서 중요한 일이라면 양자암호통신 기술은 김밍을 뚫으려는 시도를 기술적으로 방해하거난 막아내는 안전한 방패의 역할을 의미한다.

최근 부상하고 있는 중국의 도전과 추격은 오랜 기간 우수인력의 양성과 국가적 과제로 연구개발에 정책적 투자를 과감하게 해 온 결과다. 인터넷 전자 상거래 간편결제 인공지는 AI응용 기술에는 필수적으로 데이터과학 빅 테이터 관리가 중요한데 연구인력의 규모와 사회적 개몀이 자본주의 국가와는 다른 차원의 선택과 '국가적 역량의 집중'에 주목할 필요가 있다.