지난해 11월 9일 ‘월스트리트 저널’은 “조 바이든 차기 대통령 재임 기간 중 인공지능과 양자과학에 R&D 정책 자금이 우선 지원될 것”이라고 보도한 바 있다.

여기서 관심을 끈 것이 양자과학이다. 양자정보과학(quantum information science)을 말하는데 양자컴퓨터 소재 실험, 양자 얽힘 전송 장치 제작 등 정보이론과 양자역학을 포함한 실험적인 주제들을 연구하는 분야를 말한다.

구글과 IBM에서 개발하고 있는 양자컴퓨터가 대표적인 사례다. 이 연구에는 물리학자들과 양자역학과 관련된 공학자들이 참여하고 있는데 미래 정보시스템을 혁신적으로 바꾸어놓을 꿈의 컴퓨터가 될 수 있을 것으로 기대되고 있다.

양자과학, 미래 무기체계 핵심으로 부상

주목할 점은 이 양자정보과학에 차세대 무기 개발에 적용되고 있다는 점이다.

25일 미 국방성 뉴스 사이트에 따르면 양자과학실 폴 로파다(Paul Lopata) 부국장은 엔지니어링 주간을 맞아 언론과 양자정보과학에 대한 인터뷰를 가졌다.

로파타 부국장은 그 자리에서 “이전보다 훨씬 빨리 통신을 암호화하거나 해독할 수 있는 양자컴퓨팅 및 첨단 네트워크 기술 등을 개발하고 있으며, 이 같은 양자과학이 향후 국방 분야에서 혁명적인 기술을 가져올 것”이라고 말했다.

양자과학실에서는 최근 국립 표준기술연구소(National Institute of Standards and Technology)와 정보를 비공개로 유지할 수 있는 새로운 암호화 표준체계를 공동 개발하고 있다.

부국장은 “또 양자센서를 적용한 자이로 센서(Gyros)와 가속도 센서(Accelerometers)는 향후 미사일은 물론 전투기 등 항공기 추적에 효과적으로 사용할 수 있는 ‘또 다른 매우 흥미로운 가능성’이 되고 있다.”고 설명했다.

그러나 최근 양자과학의 수준에 대해서는 “막 가능성을 이해하기 시작한 수준”이라고 말했다. 실제로 현재 양자과학을 적용하고 있는 분야는 GPS 위성에서 사용하는 원자시계에 전력을 공급하는 정도다.

로파타 부국장은 “그러나 항공기, 미사일과 같은 군사 시스템이 뛰어난 정밀도를 지닌 내비게이션 및 타이밍을 요구하고 있어 양자과학의 중요성이 더욱 커지고 있다."라고 말했다.

그는 양자과학을 1800년대 군대에서 전기를 처음 사용했을 때와 비교했다. 당시 각국 군대에서는 전선을 깔고 전력을 공급하는 데 집중했는데 실제 전투에서 통신 기술을 발전시켜 장거리 명령이 가능한 획기적인 정보기술을 탄생시켰다.

이후 전쟁 상황은 시간을 다투는 정보전으로 변신하면서 강대국 구도의 판도를 바꾸어놓았다. 로파타 부국장은 발언은 양자과학 역시 향후 전쟁 판도를 크게 바꾸어놓을 수 있다는 것을 시사하고 있다.

미‧중 간에 양자컴퓨터 부품 개발 경쟁

현재 무기 개발에 양자과학을 적용하고 있는 나라는 미국뿐만이 아니다.

경쟁국인 러시아와 중국을 비롯 많은 나라들이 양자과학에 많은 힘을 쏟고 있다. 이들 국가가 가장 관심을 기울이고 있는 것은 양자컴퓨팅인 것으로 알려졌다.

사우샘프턴 대학에서 양자네트워크를 연구하고 있는 줄리언 크라우스(Juljan Krause) 연구원은 “특히 미국과 중국은 미래 인터넷에서 라이벌 구조를 구축하기 위해 치열한 군비 경쟁을 하고 있다.”고 말했다.

실제로 두 나라는 상상하기 힘든 수준의 보안 시스템을 가동하기 위해 양자통신 채널에 양자컴퓨터를 연결하는 새로운 인터넷을 구축하고 있다. 또 관련 부품을 개발하기 위해 치열한 경쟁을 벌이고 있다.

알려진 것처럼 양자컴퓨터는 중첩‧얽힘과 같은 양자현상을 이용해 오늘날 사용하고 있는 어떤 컴퓨터보다 더 많은 작업을 수행할 수 있다. 가장 뛰어난 슈퍼컴퓨터가 다루기 힘든 계산 역시 실행이 가능하다는 것이 과학자들의 전망이다.

미‧중 양국이 이 분야에 막대한 자금을 쏟아부으며 경쟁을 벌이고 있는 것은 지금과 같은 속도로 양자컴퓨터 개발이 진행된다면 약 10년 후 양자컴퓨터가 오늘날 사용하고 있는 디지털 정보를 해독할 수 있기 때문이다.

과학자들이 약 10년 후 양자 컴퓨터에 의해 오늘날 사용하고 있는 모든 통신망이 뚫릴 수 있다고 경고함에 따라 서둘러 보안 대책을 강구해야 할 필요성이 제기되고 있다.

최근 양자과학을 중심으로 한 무기 개발 경쟁은 더욱 치열해지고 있는 중이다. 미 국방성 양자과학실 로파타 부국장은 첨단 국방연구 프로젝트를 수행하고 있는 부서를 비롯해 학계와 민간 부문 등이 다수 참여하고 있다.

부국장은 “양자과학을 활용하고 이를 현재 국방 시스템에 적용하는 방법을 이해하고자 하는 광범위한 분야의 기초 과학자, 응용과학자, 그리고 다양한 분야 엔지니어들이 공동 참여하고 있다.”고 말했다.

양자정보과학을 연구하고 있는 과학자들에 대한 평가도 달라지고 있다. 로파타 부국장은 “미 국방부 양자과학실이 광범위한 연구를 진행할 수 있는 가능성을 지니고 있으며, 새로운 기술을 개척할 수 있는 최고의 기회가 되고 있다.”고 말했다.