미래 전략기술 확보를 위한 『양자 기술(Quantum Technology) 연구개발 투자전략』수립

미래 전략기술 확보를 위한 『양자 기술(Quantum Technology) 연구개발 투자전략』수립

작성일 2021-04-30 부서 기계정보통신조정과

 

 

 

미래 전략기술 확보를 위한

『양자기술(Quantum Technology) 연구개발 투자전략』수립

 

 ▸양자 프로세서 등 양자 컴퓨팅·통신·센서별 도전적 원천기술 개발 강화

 ▸50큐비트급 한국형 양자컴퓨팅 시스템 조기 구축(~‘24)

 ▸양자 핵심연구자를 현재 약 150명 수준에서 ‘30년 1,000명까지 확대

 ▸주력산업 중심으로 민관 파트너쉽 기반의 문제해결 프로젝트 추진

 

 

□ 정부는 4월 30일(금) 최기영 과학기술정보통신부(이하 ‘과기정통부’) 장관이 주재하는 제17회 과학기술관계장관회의를 개최하고, ?양자기술 연구개발 투자전략?을 확정하였다.

 

【양자 기술 개념 및 중요성 】

 

□ 양자 기술은 양자 고유의 특성(얽힘, 중첩 등)을 활용하여 기존 기술의 한계를 뛰어 넘는 초고속연산(양자컴퓨팅), 초신뢰 보안(양자통신), 초정밀 계측(양자센서)을 가능케 하는 파괴적 혁신기술이다.

□ 양자기술은 미래 산업 경쟁력의 핵심기술(Game Changer)로서 산업·경제 전반에 혁신을 가져올 것으로 기대된다.

 

 ㅇ 특히, 양자컴퓨팅의 경우 현 디지털컴퓨터보다 30조배*이상 빠른 연산이 가능하여 산업 전반에 새로운 가능성과 기회를 창출할 것으로 예상된다.

 

     *2,048비트 RSA 공개키 암호를 푸는데 슈퍼컴퓨터는 100만년 이상, 최고 수준 양자컴퓨터는 1초 소요

 

 

 

□ 아울러, 양자암호통신은 해킹이나 정보탈취를 원천 차단하여 고신뢰 통신보안을 가능케 하고, 양자센서는 장거리‧초정밀 측정으로 다양한 군사적 활용이 가능하여 안보 측면에서도 중요하게 다루어질 전망이다.

 

【국내외 동향 】

 

□ 양자기술은 산업·안보적 파급력으로 반도체, 인공지능(AI) 등에 이어 미래 전략기술의 핵심으로 부상하고 있다.

 

 ㅇ 미국은 양자기술을 미국의 안보를 위한 전략기술로 지정(‘18년)하고, 독보적 기술우위를 바탕으로 주도권 유지 전략*을 추진 중에 있으며

 

     * ‘18년 “양자법”을 제정, 4년간 12억달러(1.4조원) 투자, 백악관 직속 국가양자조정실(NQCO) 설치, 대통령 자문을 위한 국가양자자문위원회 설립 등을 발표

 

 ㅇ 중국도 양자굴기를 표방하고, 양자통신분야에서 우위 선점에 이어 양자컴퓨팅, 양자센서 분야에서도 미국을 빠르게 추격 중**이다.

 

     * 세계 최초 양자통신위성(묵자호) 발사, 이를 통해 북경-비엔나 간 7,600km 양자 전송 성공(‘17)

    ** 세계 최대 양자연구소 설립 추진 및 ’18~’22년간 17조원 지원 등 적극적 투자 확대 

 ㅇ 또한, 일본은 양자기술을 인공지능, 바이오와 더불어 3대 국가전략기술로 지정하고, 주요 선도국과의 기술 협력을 강조하고 있다.

 

     * 미국과의 기술동맹 강화를 위한 “美‧日 量子협력에 관한 도쿄 성명”을 발표(’19.12),최근 개최된 미-일 정상회담(‘21.4.16)에서 바이오, 양자, 우주 기술 등에서 협력강화 발표

 

□ 반면, 우리나라는 이미 10년 이상 꾸준히 투자해온 양자기술 선도국에 비해 기술수준 및 R&D 투자규모 등이 매우 미흡한 실정이다.

 

 ㅇ 선도국(미국) 대비 우리나라의 양자기술은 약 81.3% 수준으로 국내 전체 ICT 기술내 최하위 수준이며,

 

 

<국내 ICT 기술 간 비교(최선도국 100% 대비) >

<주요국 간 상대수준 비교 >

 

 

출처 : 2019년 ICT 기술수준 조사(IITP)

 

 

 ㅇ 양자기술 분야에 대한 정부 R&D 투자(전용사업 기준)도 ‘19년 106억원에서 ‘21년 326억원으로 확대하였으나, 여전히 선도국 대비 크게 미흡한 실정이다.

 

【이번 전략 수립의 의의 】

 

□ 세계 각국과 글로벌 기업들이 양자기술 선점을 위한 각축을 벌이고 있으며, 이번에 우리 정부도 산·학·연의 힘을 모아 10년 이상을 내다보고 국가 차원의 중장기 비전과 투자전략을 마련하였다.

 

□ 다행히, 양자기술은 본격 사업화 이전 단계로 지배적 기술이 정립되지 않아 추격의 기회는 열려 있는 상황으로,

 

 ㅇ 우리의 강점인 ICT인프라, 반도체 역량 등을 활용하여 총력 대응한다면 추격이 가능할 것으로 기대된다.

【전략 주요 내용 】

 

□ 비전을 ‘디지털을 넘어 퀀텀의 시대로’ 정하고,

 

 ㅇ ‘2030년대 양자 기술 4대 강국 진입(全 산업 혁신 촉진 및 국가 안보 강화)’의 목표 하에

 

 ㅇ ❶도전적 원천연구 강화, ❷전문인력 확보 및 국내외 협력기반 구축, ❸특화 연구 인프라 확충 및 연계‧고도화, ❹양자기술의 활용 및 산업 혁신 촉진 등 4대 중점전략을 추진해 나갈 계획이다.

 

 

 

❶ 도전적 원천 연구를 강화한다.

 

 ㅇ (양자컴퓨팅) 양자컴퓨터 상용화에 필요한 양자프로세서, 알고리즘, 오류보정, 응용 SW 등 4대 핵심 요소기술에 집중 투자하고,

 

   - 50 큐비트급 한국형 양자컴퓨팅 시스템(KQIP: Korea Quantum Innovation Platform)을 조기 구축(‘22~’24)하고, 단계적으로 고도화할 계획이다.

 

 

 ㅇ (양자통신) 선도국에 근접한 경쟁력을 갖춘 유선 양자암호통신 분야는 성능고도화 및 국제표준 선점 등 시장성 강화를 통해 기술우위를 확보하고,

 

   - 무선암호통신은 유선 양자통신의 한계를 보완하여 커버리지를 확장하는 방향으로 기술 개발을 지원해 나갈 예정이다.

 

 

 

 ㅇ (양자센서) 국내 수요가 분명한 센서에 대해서는 수요연계형 R&D를 추진하여 상용화를 촉진하고, 연구·산업의 선순환 고리를 확보해 나갈 계획이다.

 

 < 양자 센서 기술 목표 >

 

구분

자기장 센서

관성 센서

이미징 센서

개발

목표

기존 센서 대비 100배 이상 공간분해능의 자기장측정센서 개발

기존 센서 대비 10배 이상 정밀도를 가진 가속도 측정 센서 개발

광학현미경대비 10배 이상 분해능 확보, 가시적 관찰이 불가능한 대상 센싱

활용

분야

반도체소자 누설전류 측정

미세암·뇌질환 검진

양자콤파스와 중력 지도를 이용한無GPS 항법, 자원탐사, 자연재해 예측시스템  등

반도체설계, 의료·미생물용 양자현미경, 초장거리 이미지(양자라이다) 등

 

 

❷ 양자 특화 핵심인력을 중점 육성하고, 국내외 협력 생태계를 구축한다.

 

 ㅇ ’30년 양자 핵심인력 1,000명 확보를 목표로, 이론-실습-(기업)프로젝트를 통합 제공하는 박사급 전문과정을 개설·운영하고,

 

   - 선도국에 젊은 연구자(석‧박사, Post-Doc.)를 파견하여 프로젝트·교육 등에 참여하고, 해외 석학도 초빙할 계획이다.

 

 ㅇ 또한, 산학연 역량 결집을 통한 협업생태계 구축을 위해,

 

   - 양자분야별 전문인력·시설을 보유한 출연(연) 중심으로 허브(Hub)를 지정하고, 대학과 산업계가 협력기관(Spoke)으로 참여하여 연계·협력할 수 있도록 지원할 예정이다.

 

     * 공동연구과제 도출·수행, 석박사급 공동 교육훈련 등

❸ 양자 연구 인프라를 확충하고 단계적으로 고도화를 추진한다.

 

 ㅇ 고비용·고사양 장비 및 최상의 공정기술을 보유한 양자 전용 팹(파운드리)을 신속히 구축하여 산학연 공동 활용을 지원하고,

 

   - 알고리즘에 대한 연구‧검증 지원을 위해 양자컴퓨터를 모사하는 양자가상머신을 구축‧제공(’21~)할 계획이다.

 

 

< 양자팹 구축 사업 개요 >

 

 ▪(기간/예산) ’20~’24/ 235억원

 

 ▪(위치/규모) 한국나노기술원(KANC) 및 성균관대(수원)내 / 약 470㎡ 규모

 

 ▪(주요장비) 증착, 노광, 식각, 후처리 장비 등 공동 활용 지원

 

    * 초전도 박막증착 스퍼터, 전자빔 증착기, 광학적 접촉 노광 장비, 고속 전자빔 리소그래피 등

 

 

❹ 마지막으로, 양자 기술의 활용과 산업 혁신을 촉진한다.

 

 ㅇ 산학연이 참여하는 민‧관 파트너십(PPP)을 구성·운영하여, 학문적 난제, 산업혁신, 공공‧사회 문제 등 양자 기술의 적용이 가능한 난제를 발굴하고, 

 

   - “Q-플래그십 프로젝트*”를 통해 난제를 해결하여 경제‧사회적으로 유용한 성과 사례 창출을 지원할 계획이다.

 

     * 양자기술(컴퓨팅, 통신, 센서)을 활용한 산업혁신·공공난제 해결

 

 

분야

반도체

의료‧신약

안보·국방

자동차·물류

내용

‧ 반도체 공정 프로세스 최적화

 

‧ 반도체 미세구조 설계

‧ DNA 구조분석을 통한 신약개발

 

‧ 정밀 MRI, 미세암 진단

‧ 사이버 공격/방어 대응

 

‧ 양자드론 기반 전술지역무선양자암호통신

‧ 교통‧물류 경로 최적화

 

‧ 자율차용 양자 라이더

< 주요분야 양자 활용 예시 >

 

 

 ㅇ 또한, 연구 단계에서부터 향후 산업화를 고려, 국제 표준화 그룹에 참여하는 등 국제 표준화를 전략적으로 지원할 계획이다.

 

□ 최기영 과기정통부 장관은 “글로벌 기술경쟁 시대에 양자기술 분야에서 경쟁력을 확보하기 위해 우리가 강점을 가지고 있는 ICT 인프라, 반도체 역량 등을 활용하여 민-관이 함께 총력 대응해 나가도록 하겠다.”고 발언하였다.

 

□ 한편, 이번 전략에 따라 각 부처에서는 사업을 기획하고 과학기술혁신본부는 이를 검토하여 ‘22년 주요 R&D 예산 배분·조정 시 반영할 계획이다.

 

참고

 

 양자기술이 가져올 미래상

 

 

 

 

< 양자컴퓨팅 >

 

 

 

 

 

 

 

 

< 양자통신 >