양자컴퓨터는 기존 컴퓨터와 무엇이 다른가?

양자컴퓨터는 기존 컴퓨터와 계산 방식 자체가 다르다. 기존 컴퓨터는 0 또는 1 중 하나만 표현하는 '비트'를 사용한다. 반면 양자컴퓨터는 0과 1이 동시에 존재할 수 있는 '큐비트'를 사용한다. 이 상태를 '중첩'이라고 하며, 여러 경우의 수를 한 번에 계산하는 기반이 된다.

또한 두 큐비트가 서로 연결되어 동시에 변화하는 '얽힘'이라는 특성을 이용하면, 복잡한 연산 구조를 병렬적으로 처리할 수 있다. 즉, 양자컴퓨터는 속도가 단순히 빠른 컴퓨터라기보다 문제를 풀어가는 방식 자체가 다른 새로운 계산 기계라고 보는 것이 정확하다.

하지만 장점만 있는 것은 아니다. 큐비트는 외부 환경에 매우 민감해 쉽게 노이즈가 생기고, 계산 중 에러가 발생한다. 이 오류를 제어하고 안정적인 계산을 만들기 위해서는 많은 수의 보조 큐비트와 정교한 제어 기술이 필요하다. 그래서 현재 양자컴퓨터는 “이론적으로는 강력하지만, 실용적으로는 오류와 싸우는 단계”라고 볼 수 있다.

왜 기업과 정부가 동시에 돈을 쏟을까?

가장 큰 이유는 '보안'이다. 미국 표준기관 NIST는 2024년 8월, 앞으로 사용할 '양자내성 암호(기존 암호를 대체할 새로운 암호 규격)'를 공식 발표했다. 현재 널리 쓰이는 RSA나 ECC 같은 암호는 강력한 양자컴퓨터가 등장하면 쉽게 깨질 가능성이 있다. 때문에 정부, 금융기관, 통신사들은 지금부터 암호체계를 교체해야 한다. 이 과정에서 양자는 더 이상 연구가 아니라 정책과 예산이 되는 수준으로 올라왔다.

또 하나의 이유는 '기술 경쟁'이다. IBM, 구글, 마이크로소프트 같은 빅테크는 양자컴퓨팅을 인공지능, 신약 개발, 물질 시뮬레이션, 물류 최적화 같은 고부가가치 산업의 핵심 기술로 보고 있다. 실제로 IBM은 2023년 “기존 컴퓨터로 정확히 계산하기 어려운 문제를 양자를 활용해 더 나은 결과로 근사했다”는 실험을 발표하며 '양자 유틸리티(실용적 가치)'라는 개념을 제시했다.

정부도 움직인다. 미국, 유럽, 중국, 일본, 한국 모두 양자기술을 '전략 산업'으로 지정해 수조 원 단위 예산을 투입하고 있다. 요약하면 '보안 때문에 반드시 대비해야 하고, 산업 때문에 반드시 선점해야 하므로' 지금 돈을 쏟는 것이다.

정말로 지금 당장 쓸 수 있는 용도는 있나?

결론부터 말하면 “일부 분야에서는 이미 쓰이고, 대부분은 아직 멀었다.”

현재 양자컴퓨터는 오류가 많아 완전히 믿을 수 있는 계산을 하기는 어렵다. 대신 '오류 완화'라는 기술을 사용해 결과를 통계적으로 보정하며 제한된 문제에 적용하고 있다. 화학 시뮬레이션, 특정 조합 최적화, 금융 리스크 분석 일부에서 기존 방식보다 계산 효율이 높아진 사례가 보고되고 있다.

예를 들어 마이크로소프트와 Quantinuum은 2024년 실제 분자의 에너지를 계산하는 실험을 논리 큐비트 환경에서 성공적으로 시연했다. 이는 단순한 데모 수준이 아니라, “정확성을 일정 수준 이상 유지하며 실제 문제를 다룰 수 있다”는 신호로 받아들여진다.

하지만 오해하면 안 된다.

모든 문제에 빠른 것은 아니다.

문제마다 양자 알고리즘이 따로 필요하다.

지금은 '하이브리드(고전+양자)' 방식이 현실적인 접근이다.

따라서 현재 효용은 '부분적'이며, 양자만으로 해결은 아직 아니다. 그러나 “실험실을 넘어 산업에 손을 대기 시작했다”는 점에서 과거와는 분명히 달라졌다.

상장된 회사들은 실제로 무엇을 만들고 있나?

양자컴퓨팅은 이미 주식 시장에도 영향을 주고 있다. 특히 미국에는 양자 관련 상장사가 5곳 이상 존재한다.

‧IBM (NYSE: IBM)

초전도 큐비트 기반 하드웨어의 대표주자. 매년 더 많은 큐비트를 탑재한 프로세서를 발표하며, '오류 완화' 기술로 실용적인 계산 성과를 선도하고 있다. 기업들이 클라우드로 양자 자원을 이용할 수 있도록 'IBM Quantum'을 운영 중이다.

‧구글 / 알파벳 (NASDAQ: GOOGL)

2019년 '양자우위' 실험으로 유명해졌고, 2024년에는 'Willow'라는 새 칩에서 오류가 누적되지 않도록 설계한 결과를 발표했다. “양자컴퓨터가 정말로 쓸모 있는 문제를 풀 수 있는가?”에 집중하며 로드맵을 제시한다.

‧마이크로소프트 (NASDAQ: MSFT)

직접 하드웨어를 만들기보다는 클라우드 플랫폼 'Azure Quantum'을 통해 다양한 양자 하드웨어를 묶어 제공한다. 2024년에는 논리 큐비트를 활용한 화학 시뮬레이션 예시를 공개하면서 '양자=서비스' 모델을 강화하고 있다.

‧IonQ (아이온큐 NYSE: IONQ)

이온트랩 방식으로 큐비트 안정성이 높다. 'AQ'라는 성능 지수를 발표하며 투자자들에게 기술 진척을 수치로 설명한다. 실제 매출도 발생하지만, 기술 목표 대비 시간과 비용 리스크가 크다.

‧Rigetti (리게티컴퓨팅 NASDAQ: RGTI)

초전도 기반 스타트업. 칩렛 구조로 여러 칩을 연결하는 방식을 개발 중이다. 큐비트 수는 늘어가지만, 오류율과 안정성 문제를 동시에 해결해야 한다.

‧D-Wave (디웨이브퀀텀 NYSE: QBTS)

'게이트 모델'과 다른 '어닐링 방식' 양자 시스템을 만든다. 특정 최적화 문제에서는 성과가 있지만, 범용성은 제한적이다. 산업 고객과의 계약은 많지만, “이게 진짜 양자컴퓨터냐”는 논쟁도 있다.

요약하면 “모두 양자를 하지만, 접근 방식도 전략도 전혀 다르다.”

어떤 회사는 하드웨어, 어떤 회사는 서비스, 또 어떤 회사는 특정 문제 최적화에 집중한다. 투자 시에는 이 차이를 반드시 이해해야 한다.

앞으로 5년, 양자컴퓨터는 어디까지 갈까?

가장 중요한 변수는 '오류 보정'이다. 현재는 오류를 줄이는 데 대부분의 리소스를 쓴다. 진짜로 큐비트 수를 수천~수만 개까지 확장하려면, '임계치 이하로 오류율을 낮추는 기술'이 필요하다. 이게 가능해지는 순간, 양자컴퓨터는 완전히 다른 단계에 들어간다.

결국 양자컴퓨터의 미래는 “과장도 아니고, 공상도 아니다.”

지금은 '준비 단계'지만, 방향은 이미 결정되었고 속도만 남았다.

[ 자료 출처 ]

NIST, 2024년 PQC FIPS 203/204/205 공식 발표

IBM, 2023년 네이처 논문에서 '양자 유틸리티' 실험 공개

Microsoft-Quantinuum, 2024년 12 논리 큐비트 기반 화학 시뮬레이션 발표

IonQ, Rigetti, D-Wave 등 상장사 IR 및 기술 로드맵 (2024~2025)