현재 부상하는 신기술 중 기업에 미칠 영향에 대한 기대와 전망 측면에서 가장 앞선 두 기술은 에이전틱 AI와 양자 컴퓨팅이다. 양자 컴퓨팅에 대해서는 계속해서 많은 연구가 진행되고 있는데, 지금 바로 양자 컴퓨팅에 대해 배우고 파일럿을 운용할 수도 있다.

신용카드를 사용해 구매했던 원시적인 가상머신에서 9,000억 달러 규모의 클라우드 컴퓨팅 산업으로 발전하기까지 20년이 걸렸다. 전문가는 양자 컴퓨팅도 이와 비슷한 시간을 거치며 발전할 것으로 전망하면서 기업이 기술 개발과 비즈니스 기회 검토, 보안 과제 대비에 더 적극적으로 투자해야 한다고 제안한다. 베인(Bain)은 양자 컴퓨팅의 잠재적 시장 규모를 1,000억 달러에서 2,500억 달러 사이로 추정하며 머신러닝과 물류 네트워크 최적화, 신약 개발 등을 주 응용 분야로 꼽는다.

현재의 양자 컴퓨팅 인프라

지금은 노이즈가 있는 중간 규모 양자(NISQ) 하드웨어에서 양자 컴퓨팅을 실험할 수 있다. NISQ 디바이스는 노이즈가 있고 양자 계산에 오류가 발생하기 쉬운 만큼 파일럿 프로젝트는 양자 계산과 전통적인 계산을 결합한 하이브리드 방식을 채택하는 형태가 많다. 이 경우 규모는 물리적 큐비트 50~1,000개로 제한된다(큐비트는 양자 컴퓨팅에서 데이터를 인코딩하는 데 사용되는 정보의 기본 단위). 현재 가장 큰 양자 컴퓨터는 1,121개의 큐비트를 사용한다.

이머시브(Immersive)의 수석 사이버 보안 엔지니어인 벤 매카시는 “양자는 일상적인 기업 워크로드에는 아직 적합하지 않지만 특히 헬스케어, 에너지, 첨단 연구 분야에서 많은 기업이 이미 클라우드의 양자 시스템을 이용해 최적화, 시뮬레이션, 모델링 사용례를 탐색할 수 있다. 이런 초기 노력은 양자가 궁극적으로 어느 부분에서 가치를 제공하고 기존 운영 모델에 어떻게 들어맞는지 파악하는 데 도움이 된다”라고 말했다.

현재 양자 컴퓨팅을 실험할 수 있는 방법은 다음과 같다.

• 광범위한 다목적 서비스형 양자 컴퓨팅(QCaaS) 제공업체로 아마존 브라켓(Amazon Braket), 애저 퀀텀(Azure Quantum), 그리고 IBM 퀀텀 플랫폼(IBM Quantum Platform)이 있다. 이들은 상당한 수준의 최적화 기능을 제공하고 여러 하드웨어 백엔드를 노출하며 양자 단계를 일반 컴퓨팅과 혼합한다.
• 디웨이브(D‑Wave)의 리프(Leap), 자파타 오케스트라(Zapata Orquestra)와 같은 전문 업체는 대규모로 이뤄지는 배송 경로 계산, 승무원 일정 또는 금융 투자 혼합과 같은 최적화 비중이 큰 워크로드에 초점을 둔다.
• 아이온Q(IonQ), 리게티(Rigetti), 쿠에라(QuEra)와 같은 하드웨어 업체는 양자 컴퓨팅 생태계에 연결해 기업이 클라우드를 기반으로 다양한 큐비트 기술을 이용할 수 있도록 한다.
• 아마존, 이머시브, 큐런랩스(QuLearnLabs), 더 뉴스쿨(The New School)을 통한 실습 기회도 있다. CERN, IBM, MIT, 퀀텀 러닝 랩(Quantum Learning Lab) 및 기타 온라인 교육과정, 자격증, 대학 프로그램에서도 학습 기회를 얻을 수 있다.

히타치 반타라(Hitachi Vantara)의 데이터 인텔리전스 부문 글로벌 플랫폼 및 솔루션 책임자인 디아 알리는 “주요 기업과 연구 기관의 지속적인 진전을 통해 양자 컴퓨팅이 가진 잠재력이 입증되고 있다. 양자 컴퓨팅이 아직 널리 사용되는 단계에 이르지는 않았지만 이런 발전은 계산 방법 측면에서 천천히, 중요한 진전이 이뤄지고 있음을 보여준다”라고 말했다.

양자는 언제, 어디서 확장되는가

엔비디아 CEO 젠슨 황은 매우 유용한 양자 컴퓨터가 등장하려면 앞으로 15년에서 30년은 더 걸릴 것이라고 말했다. 그러나 점진적인 혁신에 무게를 두는 더 낙관적인 견해도 있다. 현재 업계는 내결함성 양자 컴퓨팅(FTQC), 그리고 긴 계산을 오류 없이 실행 가능한 내결함성 응용 규모 양자(FASQ) 시스템을 목표로 하고 있다. IBM은 FASQ의 전구체인 FTQC 기능을 2029년까지 제공한다는 목표를 두고 있다. 전문가는 FASQ가 2030년대 또는 그 이후에나 가능할 것으로 예측한다.

IBM 설문에서 경영진의 59%는 양자 기반 AI가 2030년까지 산업을 변화시킬 것으로 믿고 있지만 정작 자신의 기업이 양자 컴퓨팅을 사용하게 될 것으로 예상한 비율은 27%에 불과하다. 가용한 FTQC의 개발 일정을 고려하면 초기 도입자는 최적화 기회가 풍부한 대기업이 될 것으로 예상된다.

“커피 위드 디지털 트레일블레이저스(Coffee With Digital Trailblazers)” 팟캐스트의 “쉽게 설명하는 양자 컴퓨팅” 에피소드에 참여한 인사들은 기업이 양자 컴퓨팅을 어떻게 상업화할 것인지를 포함해 향후 3년 동안의 기회에 대한 현실적인 견해를 밝혔다. 일부는 기술을 익히기 위한 파일럿으로 진행되겠지만 탐색 과정에서는 현재의 CPU나 GPU로는 쉽게 해결할 수 없는 까다로운 사용례도 포착해야 한다.

다양한 산업의 사용례

QCaaS를 저렴하게 시도해 볼 수 있지만 발견 단계의 파일럿은 비용이 많이 들 수 있다. 한 추정에 따르면 15만 달러에서 45만 달러의 예산이 필요하고 2~3명의 전문가가 3~6개월 동안 작업해야 하며, 그 이후에도 더 길고 많은 비용이 소요되는 두 개의 개발 단계가 이어진다.

대기업이 이와 같은 비용에 뒷걸음치지는 않겠지만 잘 맞는 사용례를 연구하는 것이 중요하다.

디지서트(DigiCert)의 포스트 양자 암호화 및 디바이스 신뢰 부문 제품 관리 디렉터인 케빈 힐셔는 “지금 해야 할 일은 양자가 비즈니스 측면에서 실질적인 영향을 미칠 수 있는 부분을 파악하고, 그러한 사용례가 기존 워크플로우를 어떻게 변화시킬지 이해하고, 양자 하드웨어 및 소프트웨어 공급업체의 진행 상황을 면밀히 추적하는 것”이라며 “예를 들어 생명 과학 기업은 양자를 통해 분자 모델링과 신약 개발 속도를 높이는 방법을 이미 탐색하고 있으며, 여러 금융 기관은 위험 모델링 및 최적화에 대한 잠재력을 평가하고 있다. 이런 기초 작업을 지금 시작하는 기업은 양자의 상용화에 대응해 신속하게 움직일 수 있는 훨씬 더 유리한 위치에 서게 된다”라고 말했다.

히타치 반타라의 알리는 “분자 연구, 재무 분석, 최적화 문제는 양자 컴퓨팅이 해결할 수 있는 복잡한 상황의 몇 가지 예시일 뿐”이라고 말했다. 양자 컴퓨팅 부문의 파일럿 사례는 다음과 같다.

• HSBC는 채권 거래 가격을 예측하기 위해 다양한 모델을 시뮬레이션한 결과 양자 컴퓨팅의 성능이 기존 모델보다 최대 34% 앞선다는 사실을 발견했다.
• DHL은 혼잡한 도시 내 배송에 양자 기반 차량 경로 알고리즘 파일럿에서 주행 거리를 최대 10% 줄였다.
• 분자 연구 사례로는 약물 분자가 안정성을 유지하고 의도대로 결합하는지 여부 예측, 소형 RNA 가닥의 3D 형태 매핑, 잠재적인 암 치료제가 표적과 상호작용하는 방식 모델링 등이 있다.

양자 기술에는 비즈니스를 혁신할 수 있는 잠재력이 있지만 이런 파일럿은 결코 간단한 작업이 아니다. 부즈 앨런(Booz Allen)의 선임 양자 과학자인 조던 캐년은 “기술의 효능은 기술의 본질적인 능력 못지않게 구현에 의해서도 좌우된다. 실제로 양자를 통해 영향력을 얻기 위해서는 기술자와 임무 전문가로 구성된 핵심 그룹이 협력해서 언제, 어디에 이런 새로운 접근 방식에 대한 추가 투자가 필요한지를 파악해야 한다”라고 말했다.

보안에 미치는 영향에 대비하기

분자 상호작용 연구에 사용되는 양자의 계산 능력이 데이터 암호화에도 그대로 적용되는 만큼 보안은 주된 관심사다. 양자 컴퓨터가 기존 암호화 알고리즘을 무력화할 수 있는 시점을 의미하는 Q-데이가 오기 전에 포스트 양자 암호화(PQC)로 전환하기 위해서는 상당한 구현 작업이 필요하다. 3,000억 달러 ~ 6,000억 달러의 비용이 든 것으로 추정된 1990년대 후반의 Y2K 버그 수정보다 더 복잡하고 비용이 많이 들 수 있다.

프로테그리티(Protegrity)의 양자 보안 고문이자 박사 과정 학생이며 MIT 이론물리학 센터의 NSF 대학원 연구원인 아준 쿠디누어는 “현재 기업이 취해야 할 가장 중요한 단계는 양자 하드웨어를 도입하는 것이 아니라 공개키 인프라를 PQC로 업그레이드하는 것이다. RSA-2048과 같은 대형 키 암호화를 해독할 수 있는 양자 공격은 아직 실현 불가능하지만, 현재 암호화된 데이터는 미래에 취약해질 수 있다”라고 말했다.

RAD 시큐리티(RAD Security)의 공동 창업자이자 CTO인 지미 메스타는 공격자들이 나중에 양자 컴퓨팅을 사용해 해독할 수 있다는 판단 하에 지금 암호화된 데이터를 훔치고 있다고 말했다. 메스타는 “기업은 고객 PII, 민감한 IP, 인증 키와 같이 수명이 긴 비밀 데이터를 파악해 PQC에 대비하기 시작해야 한다. 양자 컴퓨팅이 언제 암호화를 무력화할지는 알 수 없지만 미리 준비해야 한다”라고 말했다.

양자 인재 공백, 기회이자 과제

리더, 엔지니어, 개발자가 가장 먼저 해야 할 일은 양자 컴퓨팅의 기회, 인프라, 개발 접근 방식, 보안 위험에 대해 더 많이 배우는 것이다.

인재 공백이 상당한데, 기업 리더에게는 걱정해야 할 일이지만 취업 경쟁력을 높여줄 새로운 기술을 찾는 엔지니어에게는 오히려 기회가 된다. 맥킨지 연구에 따르면 2025년 양자 분야의 구인 대 적격 구직자 비율은 3:1에 불과하며 양자 관련 일자리 중 채용이 이뤄진 비율은 절반에도 미치지 못했다. 2025년 ISC2 사이버보안 인력 연구에서 양자 컴퓨팅은 가장 필요한 주요 기술 중 17%로 최하위를 기록했다.

ISC2의 CISO 존 프랑스는 “현재 대다수 기업은 양자 컴퓨팅의 중점을 유의미한 워크로드를 대규모로 실행하는 것보다는 배우고 대비하는 데 두고 있다. 실질적인 움직임은 클라우드 기반 양자 서비스를 통해 실험하고, 궁극적으로 이런 시스템을 기존 IT 환경과 어떻게 통합할 수 있을지 연구하면서 미래에 필요한 기술과 보안 사고방식을 구축하는 것이다. 지금 양자 컴퓨팅을 신중하고 실무적인 학습 단계로 다루는 기업은 양자 역량이 실제 비즈니스 가치를 제공하기 시작할 때 훨씬 더 잘 준비된 상태로 대응할 수 있다”라고 조언했다.

기업은 이미 AI 에이전트, 바이브 코딩, 직원 파일럿, 리더십 학습을 포함해 AI에 막대하게 투자하고 있다. IT 리더는 양자 컴퓨팅에 대한 투자에 있어 두 가지 관점, 즉 보안 긴급성과 연구개발에 대한 투자 기회의 관점에서 접근해야 한다.

SAS 연구개발 부문 양자 시스템 수석 설계자인 빌 위소츠키는 “양자 컴퓨팅으로 무엇이 가능한지에 대한 사람들의 이해는 하드웨어, 오류 경감, 이론의 발전과 함께 계속 진화하고 있다”라고 말했다. 기업이 취할 수 있는 유의미한 조치는 양자 컴퓨팅 기술이 현실화될 때 중요해질 지적 재산을 지금 개발하는 것이다. 지금 강력한 특허, 출판물, 기술 전문성 포트폴리오를 구축하면 양자 컴퓨팅이 성숙기에 진입할 때 더 유리한 위치를 선점할 수 있게 된다.

양자 컴퓨팅에 대한 기대가 부풀고 있지만 그 기대가 결코 허황된 것은 아니다. 엔지니어에게 양자 컴퓨팅은 보안, 데이터 엔지니어링, 컴퓨팅 분야에서 수요가 큰 기술을 배울 기회를 제공한다. 기업에는 대규모 계산 과제의 해결이 새로운 비즈니스 기회와 효율성으로 향하는 길을 어디서, 어떻게 열어주는지 파악할 기회이다. 또한 모든 기업은 Q-데이에 대비해야 한다.
dl-itworldkorea@foundryco.com