양자컴퓨터(quantum computer)가 바이오기술 혁명을 앞당길 수 있을까. 퀀텀 컴퓨팅으로 불치병 치료제를 개발하거나 코로나19 바이러스 백신이나 치료제 개발이 가능한 것일까. ‘앤트맨’ 영화에 나오는 것처럼 양자 원리를 이용해 작아지거나 커지는 것이 가능할까.

‘벽을 뛰어넘는 과학기술’을 주제로 27일 열린 ‘스트롱코리아 포럼 2020’에서는 ‘꿈의 컴퓨터’로 불리는 양자컴퓨팅 기술의 발전이 미래에 가져올 변화와 관련된 궁금증에 대해 논의하는 시간을 가졌다. 포럼은 코로나19 확산 억제를 위해 온라인으로 개최됐다.

문재인 대통령은 축사 영상을 통해 “양자컴퓨터와 수학이 신약개발과 인공지능 등 우리를 데이터 과학의 새로운 시대로 안내할 핵심기술과 학문”이라며 “정부는 국가 R&D 예산 24조 원 시대를 열었고, 양자컴퓨팅 연구개발 사업에 착수했다”고 전해 관련 기술 발전에 대한 기대감을 높였다.

퀀텀 컴퓨팅, 코로나 치료제 개발에 도움 되나

하지만, 요즘 무엇보다 관심이 높은 코로나19 바이러스 치료제나 백신 개발에 퀀텀 컴퓨팅 기술이 얼마나 기여할 수 있는가에 대해서는 ‘아직은 도움이 되지 않을 것’이라는 답변이 나왔다. 퀀텀 컴퓨팅 기술이 더 발전한 미래의 어느 시점에는 가능할지 모르지만, 지금으로는 불가능하다는 것.

IBM의 양자컴퓨터 사업을 이끌고 있는 로버트 슈터 퀀텀 총괄부사장은 “퀀텀 컴퓨팅은 양자역학을 기반으로 해서 미시적인 전자나 분자 등에 관한 모델링을 가능하게 해준다. 그래서 분자 반응을 퀀텀 컴퓨터 안에서 모델링 하는 것이 가능하고 그것의 속도도 엄청나게 빠르게 할 수 있어 바이오 분야에서 획기적인 성과를 낼 수 있다. 그러나 현재 퀀텀 컴퓨터의 성능이 아직 부족하기 때문에 안타깝게도 코로나19 치료제나 백신 개발에 도움이 될 수 없다”고 말했다.

양자컴퓨터 이론의 권위자인 김재완 고등과학원 계산과학부 교수도 ‘바이오 기술 혁명 앞당기는 퀀텀 컴퓨팅’을 주제로 발표하면서 “양자컴퓨터가 신약개발에서 생겨나는 수많은 변수들을 해결할 수 있기 때문에 전염병 치료제 개발 등 바이오 분야에 혁신을 가져올 수 있다. 그러나 아직은 개발 초기 단계이기 때문에 앞으로 좀 더 시간이 필요하다”고 설명했다.

그렇다면 양자컴퓨터의 성능이 언제쯤이면 상용화 수준까지 올라가고, 슈퍼컴퓨터를 뛰어넘을 수 있을까. 로버트 슈터 총괄부사장은 “불과 15~6년 전에 우리가 지금의 스마트폰을 상상이나 했겠느냐”며 “양자컴퓨터의 발전도 예측하기는 어렵지만, 5~6년 이후면 양자컴퓨터가 고전컴퓨터보다 더 성능이 좋아지는 영역의 초반부에는 접어들게 될 것”이라고 전망했다.

양자컴퓨터가 슈퍼컴퓨터를 뛰어넘을 수 있는가에 대해서는 정연욱 성균관대 성균나노과학기술원 교수가 “양자컴퓨터는 지금의 디지털 컴퓨터를 대체하는 것이 결코 아니다”라고 말했다. 양자컴퓨터가 큰 데이터를 다루는 데이터 프로세스 머신이 아니라 계산을 하는 연산 머신이기 때문에 디지털 컴퓨터와 상호보완적인 관계며, 서로 조화롭게 사용된다면 더 많은 혁신적인 일을 할 수 있게 될 것이라는 얘기다.

양자컴 못 다루면 미래 시대 기업 살아남을 수 없어

그렇기 때문에 로버트 슈터 총괄부사장은 “양자컴퓨터를 다룰 수 없다면 미래 시대의 기업이 살아남을 수 없을 것”이라며 “지금부터라도 클라우드상에 올라가 있는 IBMQ 네트워크에 접속해서 퀀텀 컴퓨팅과 친숙해질 필요가 있다”고 조언했다.

원자 분자 등 미시적인 물질세계를 설명하는 현대물리학의 기본 이론이 바로 양자역학이다. 세상의 모든 것은 입자로 이뤄져 있고 어떤 물체든 잘게 쪼개면 결국 작은 입자만 남게 되는데 그것이 바로 원자다. 원자의 최외곽을 도는 전자나 광자 등 물리적으로 더 쪼갤 수 없는, 확률로서 존재하는 물질을 양자라고 부른다.

그런데 원자는 가운데 핵을 제외하고는 텅 비어 있는데, 그 사이를 조절하게 된다면 물체의 크기를 줄이거나 늘릴 수 있다는 가정에서 나온 것이 바로 영화 ‘앤트맨’이다. 그렇다면 개미처럼 작아졌다가 집체만큼 커지는 것이 과연 가능할까.

김재완 교수는 “자연에는 할 수 없는 한계라는 것이 있다. 불확정성의 원리에 의해 우리가 할 수 없는 한계다. 탄소와 탄소 사이의 결합 길이가 0.15nm 이하로 낮아지면, 우리가 아는 분자 결합과 전혀 다른 영역이 된다. 작아졌다 커졌다 하는 것은 자연의 상수를 건드리는 문제이기 때문에 상상으로만 가능한 거다. 그렇게까지 작아지면서 기능을 그대로 유지하는 것 역시도 불가능하다”고 설명했다.