신용카드로 구입한 원시적 가상머신에서 출발해 오늘날 9,000억 달러 규모의 클라우드 컴퓨팅 산업으로 성장하기까지 20년이 걸렸다. 전문가는 양자 컴퓨팅도 비슷한 시간표를 제시하고 있으며, 더 많은 기업이 기술 역량 개발, 사업 기회 검토, 보안 과제 대비에 투자해야 한다고 제안한다. 미국 컨설팅 업체 베인의 추정에 따르면 양자 컴퓨팅의 시장 잠재력은 1,000억 달러에서 2,500억 달러 사이이며, 머신러닝, 물류 네트워크 최적화, 신약 개발 분야에서 최고의 활용도를 보일 것으로 예상된다.

양자 컴퓨팅 인프라의 현재 상황

오늘날 노이즈 중간규모 양자(NISQ) 하드웨어에서 양자 컴퓨팅을 실험해볼 수 있다. 이 장치들은 노이즈가 발생하며 양자 연산이 오류를 일으킬 가능성이 있으므로, 시범 프로젝트는 대체로 양자와 고전 연산을 짝지은 하이브리드 형태로 진행된다. 물리적 큐비트 규모는 50~1,000개로 제한되며, 큐비트는 양자 컴퓨팅에서 데이터를 인코딩하는 데 사용되는 기본 정보 단위다. 현재 가장 큰 양자 컴퓨터는 1,121개 큐비트를 보유하고 있다.

이머시브(Immersive)의 선임 사이버 보안 엔지니어 벤 매카시는 “양자 컴퓨팅이 아직 일상적인 기업 워크로드에는 적합하지 않지만, 기업은 이미 클라우드에서 양자 시스템에 접근하여 최적화, 모의실험, 모델링 사용례를 탐색할 수 있다. 특히 의료, 에너지, 고급 연구 같은 분야에서 그렇다”라고 설명했다. “이런 초기 노력들은 팀이 양자 컴퓨팅이 최종적으로 어디에 가치를 제공할 수 있는지, 그리고 기존 운영 모델에 어떻게 맞아떨어지는지를 이해하는 데 도움이 된다.”

오늘날 양자 컴퓨팅을 실험할 수 있는 옵션은 여러 가지다.

• 아마존 브레켓(Amazon Braket), 애저 양자(Azure Quantum), IBM 양자 플랫폼은 세 가지 광범위한 다목적 양자 서비스형(QCaaS) 공급업체다. 이들은 상당한 최적화 역량을 제공하며, 여러 하드웨어 백엔드를 노출하고, 양자 단계를 일반 컴퓨팅과 혼합한다.
• D 웨이브의 리프(Leap)와 자파타 오르케스트라(Zapata Orquestra)는 배송 경로 계산, 승무원 일정 조율, 대규모 금융 투자 혼합 등 최적화 중심의 워크로드에 초점을 맞춘 전문 업체다.
• 아이온큐(IonQ), 리제티(Rigetti), 쿠에라(QuEra) 같은 하드웨어 업체는 양자 컴퓨팅 생태계에 플러그인되어 기업에 다양한 큐비트 기술에 대한 실질적이고 클라우드 기반의 접근성을 제공한다.
• 아마존, 이머시브, 큐런랩스(QuLearnLabs), 더 뉴스쿨(The New School)은 실습 학습 기회를 제공한다. CERN, IBM, MIT, 양자 학습 실험실(Quantum Learning Lab) 및 기타 온라인 코스, 자격증, 대학 프로그램에서도 학습 기회가 제공된다.

히타치 밴타라(Hitachi Vantara)의 데이터 인텔리전스 글로벌 플랫폼 및 솔루션 리드 디아 알리는 “양자 컴퓨팅의 잠재력은 최고 기업과 연구 기관의 지속적인 진전으로 입증되고 있다”라고 밝혔다. 알리는 최고 기업과 연구 기관의 지속적인 진전으로 양자 컴퓨팅의 잠재력이 입증되고 있다고 평가했다. 양자 기술이 아직 업계 전반에 도입되지는 않았지만, 계산 방식의 혁신은 꾸준히 진행 중이라는 취지다.

양자 컴퓨팅의 확대 시점과 시기

엔비디아의 젠슨 황 CEO는 매우 유용한 양자 컴퓨터가 15~30년 후에 나올 것이라고 말한 바 있다. 그러나 그러나 기술 발전의 속도가 더 빠를 수 있다고 낙관하는 전문가들도 있다. 업계의 목표는 오류 허용 양자 컴퓨팅(FTQC)과 오류 허용, 애플리케이션 규모 양자(FASQ) 시스템으로, 이들은 길고 오류 없는 연산을 수행할 수 있다. IBM은 2029년까지 FTQC 역량 제공을 목표로 하고 있으며, FASQ는 전문가가 2030년대 이후나 그 이상에서 가능할 것으로 예측한다.

IBM이 보고한 바에 따르면 경영진의 59%는 양자 지원 AI가 2030년까지 자사가 속한 산업을 변혁할 것이라고 믿고 있지만, 소속 기업이 양자 컴퓨팅을 사용할 것으로 예상한 응답자는 27%에 불과했다. FTQC 출현까지 수 년이 남은 만큼, 지금 양자 컴퓨팅에 투자할 여유가 있는 대기업이 자연스럽게 초기 도입자가 될 것으로 보인다.

“커피 위드 디지털 트레일블레이저스(Coffee With Digital Trailblazers)” 팟캐스트 에피소드 “양자 컴퓨팅의 미스터리 벗기기“에 출연한 연사들은 향후 3년 동안의 기회에 대한 현실적인 견해를 제시했으며, 기업이 양자 컴퓨팅을 어떻게 상용화할 수 있는지에 대해서도 언급했다. 일부는 학습 시범으로 이어질 것이지만, 이 과정에서는 기존 CPU와 GPU 기술로 감당할 수 없는 계산 문제를 양자 컴퓨팅의 목표로 삼아야 한다.

산업별 사용례

양자 서비스형 컴퓨팅으로 저렴하게 시도할 수 있지만, 발견 단계 시범은 비용이 많이 들 수 있다. 한 추정치에 따르면 15만 달러에서 45만 달러의 예산이 필요하며, 2~3명의 전문가가 3~6개월간 일한 후 2단계의 더 비싼 개발 단계가 뒤따른다.

비용이 많이 들지만 대형 기업이라면 감당할 수 있는 수준이다. 중요한 것은 양자 컴퓨팅이 정말 필요한 사용 사례를 정확히 파악하는 것이다.

디지서트(DigiCert)의 포스트 양자 암호화 및 기기 신뢰 제품 관리 선임 이사 케빈 힐셔는 “지금 올바른 조치는 양자가 최종적으로 실제 비즈니스 영향을 미칠 수 있는 곳을 파악하고, 이런 사용례가 기존 워크플로우를 어떻게 변경할 것인지 이해하며, 양자 하드웨어 및 소프트웨어 공급업체의 진전을 밀접하게 추적하는 것”이라고 말했다. 힐셔는 생명과학 기업은 이미 양자가 분자 모델링과 신약 개발을 가속화할 수 있는 방법을 모색 중이며, 금융 기관은 위험 모델링과 최적화에 대한 잠재력을 평가하고 있다고 예를 들었다. 힐셔는 지금 이 기초 작업을 시작하는 기업은 상업용 양자 역량이 출현할 때 훨씬 더 빠르게 대응할 것이라고 전망했다.

히타치 밴타라의 알리는 “분자 연구, 금융 분석, 최적화 문제는 양자 컴퓨팅이 해결할 수 있는 복잡한 상황의 몇 가지 사례일 뿐”이라고 덧붙였다. 양자 컴퓨팅 시범의 사례는 다음과 같다:

HSBC는 채권 거래 가격을 예측하기 위해 여러 모델을 모의실험했으며, 양자 컴퓨팅이 고전 모델보다 최대 34% 우수한 성능을 발휘했음을 발견했다.

DHL은 혼잡한 도시의 배송을 위한 양자 기반 차량 경로 알고리즘의 시범으로 주행 거리를 최대 10% 줄일 수 있었다.

분자 연구 사례에는 신약 분자가 안정적으로 유지되고 의도대로 결합하는지 여부 예측, 작은 RNA 가닥의 3D 형태 매핑, 잠재적 암 치료제가 표적과 상호작용하는 방식 모델링이 포함된다.

양자 기술이 사업을 혁명화할 수 있는 잠재력을 가지고 있지만, 이 시범들은 간단하지 않다. 미국 경영 컨설팅 업체 부즈 앨런(Booz Allen)의 선임 양자 과학자 조던 케냔은 “기술의 효능은 그 내재적 역량만큼이나 구현 방식과도 관련이 있다. 양자로 실제 임무 영향을 전달하려면 이 새로운 접근법이 추가 투자를 정당화하는 시점과 방식을 파악하기 위해 협력하는 기술자와 임무 전문가 집단이 필요하다”라고 제안했다.

보안에 대한 대비

양자가 분자 상호작용을 연구하는 데 사용하는 동일한 계산 역량이 데이터 암호화에도 적용되고 있기 때문에 보안이 주요 관심사다. 포스트 양자 암호화(PQC)로의 전환은 양자 컴퓨터가 기존 암호화 알고리즘을 깨뜨리는 일명 ‘Q-데이’ 이전에 상당한 수준의 구현이 필요할 것이다. 전환은 1990년대 후반에 3,000억 달러에서 6,000억 달러로 추정되던 Y2K 버그 수정보다 더 복잡하고 비용이 많이 들 수 있다.

프로테그리티(Protegrity)의 양자 보안 자문가이자 MIT 이론물리학 센터 NSF 대학원 연구원 박사 과정 아르준 쿠디노어는 “기업에 있어 가장 중요한 단계는 양자 하드웨어를 도입하는 것이 아니라 공개 키 인프라를 PQC로 업그레이드하는 것”이라고 설명했다. 또한, RSA-2048 같은 대용량 키 암호화를 깨는 양자 공격이 아직 현실화되지 않았다고 말했다. 다만 현재 암호화된 데이터가 향후 양자 컴퓨팅의 위협에 노출될 수 있다는 점이 문제라고 지적했다.

RAD 시큐리티(RAD Security)의 CTO 지미 메스타는 공격자가 이미 암호화된 데이터를 훔치고 있으며 나중에 양자 컴퓨팅으로 복호화할 수 있을 것이라고 믿고 있다고 말했다. 또한, 기업이 고객 개인 식별 정보, 민감한 지적재산, 인증 키 같은 장기 보유 비밀을 미리 파악하고 PQC에 대비할 필요가 있다고 지적했다. 양자 컴퓨팅이 암호화를 깨뜨릴 시점을 예측할 수 없는 만큼, 미리 준비하는 것이 중요하다는 취지다.

한발 먼저 시작하기

리더, 엔지니어, 개발자는 먼저 양자 컴퓨팅의 기회, 인프라, 개발 방식, 보안 위험에 대해 더 알아보는 것으로 시작해야 한다.

양자 컴퓨팅 분야의 인재 부족은 기업 리더에게 골칫거리지만, 엔지니어에게는 기회다. 양자 기술 역량을 갖춘 인재에 대한 수요가 크기 때문에 지금 이 분야의 기술을 익히는 엔지니어는 높은 취업 경쟁력을 확보할 수 있다.

맥킨지 연구에 따르면 2025년에 모든 일자리 3개마다 자격을 갖춘 양자 인재가 1명뿐이었으며, 양자 컴퓨팅 일자리는 공급 부족으로 절반 이상이 채워지지 않을 것으로 전망했다. ISC2의 2025년 사이버보안 인력 연구에서 양자 컴퓨팅은 필요 기술 중 가장 낮은 관심도를 기록했다. 단 17%의 응답자만이 양자 기술이 필요하다고 응답했다.

ISC2의 CISO 존 프랑스는 “대다수 기업에 있어 양자 컴퓨팅은 대규모 의미 있는 워크로드 실행이 아니라 학습과 준비”라고 말했다. 프랑스는 클라우드 기반 양자 서비스로 실험하며 결국 기존 IT 환경에 어떻게 통합할지 이해하는 것을 현실적인 조치로 꼽았다. 동시에 미래에 필요한 기술과 보안 사고방식을 구축하는 것이다. 지금부터 신중하고 실습적인 학습 단계로 접근하는 기업이 양자 컴퓨팅이 실제 비즈니스 가치를 만들어낼 때 경쟁에서 앞설 것이다.

기업은 이미 AI 에이전트, 바이브 코딩, 직원 시범, 리더십 학습 등을 포함해 AI에 상당한 투자를 하고 있다. IT 리더는 양자 컴퓨팅 투자를 보안의 긴급성과 연구 개발 투자 기회의 두 가지 관점에서 접근해야 할 수도 있다.

SAS 연구 개발(SAS Research and Development)의 선임 양자 시스템 아키텍트 빌 위소츠키는 “양자 컴퓨팅으로 가능한 것에 대한 우리의 이해는 하드웨어, 오류 완화, 이론의 발전과 함께 계속 진화하고 있다”라고 설명했다. “기업은 양자 컴퓨팅 기술이 도래할 때 중요할 지적재산을 개발함으로써 오늘날 의미 있는 조치를 취할 수 있다. 지금 강력한 특허, 출판물, 기술 전문성의 포트폴리오를 구축하면, 양자 컴퓨팅이 성숙에 도달했을 때 훨씬 더 나은 위치에 있을 것이다.” 양자 컴퓨팅은 상당한 기대감을 낳고 있으며, 이러한 기대는 충분한 근거가 있다. 엔지니어에게 양자 컴퓨팅은 보안, 데이터 엔지니어링, 컴퓨팅 분야의 고수요 기술을 학습할 기회를 제공한다. 기업에는 양자 컴퓨팅으로 대규모 계산 문제를 풀 수 있는 분야와 방법을 찾아내고, 이것이 어떻게 새로운 사업 기회와 운영 효율성을 만들어낼 수 있는지 파악하는 것이 중요하다. 결국 모든 기업은 Q-데이를 피할 수 없다는 사실을 직시해야 한다.
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