10월 18일 북경 신화통신에서 (기자 팽천 彭茜) 톱 레벨 디자인, 전략적 투자, 인재 양성 등에 이르기까지 세계 여러 나라는 양자 과학 기술 분야에 지속적으로 투자하고 있다. 양자 기술이란 무엇인가? 현실 생활에서 어떤 응용 전망이 있는가? 각국 및 과학기술 기업의 관련 분야에서 발전 태세는 어떠한가?
양자 과학기술을 판독하려면 양자 역학설부터 시작해야 한다. 양자역학은 20세기초에 기원하여 물질세계 미시적 입자의 운동 법칙을 연구하는 물리학의 한갈래이다. 만약 한 물리량이 가장 작고 분할할 수 없는 기본단위가 존재한다면 그 물리적 량은 양자화된 것이다. 양자역학에는 몇몇 '비논리적인'특성이 있는데, 유명한 '슈레딩거의 고양이'가 바로 그 유명한 실례인 것이다. 그래서 관련 이론은 끊임없이 실험의 지지를 얻어 100여 년 동안 원자탄, 레이저, 트랜지스터, 핵자기공명, 위성위치확인시스템 등 수많은 중대한 발명품들을 탄생시켜 세계의 면모를 바꾸었다.
양자 정보기술은 양자역학의 최신 발전으로 '제2차 양자 혁명'이 일어났음을 상징하고 있다. 2016년에 유럽연합(EU)는 양자 기술을 새로운 주력 과학 연구 프로젝트로 삼아 "제2차 양자 혁명"을 맞이할 것이라고 선언했다. 미국 역시 양자 과학기술발전을 지지해온데 이어 10월 7일에는 백악관 과학기술정책실의 국가 양자 조정실의 홈페이지를 개설함과 동시에 "양자 선단 보고서"를 발표했다.
양자 정보기술에서 대표적인 것은 양자통신과 양자 컴퓨팅이다. 주요 과학기술강국들이 중점적으로 선점한 전략기술 고지이기도 하다.
양자 통신:정보 보안 전송을 위한"보호막"
양자통신은 양자역학의 원리를 이용해 정보 보안 문제를 해결하는 통신 기술이다. 그 중 유명한 원리는 양자 얽힘이다. 얽힘 상태에 있는 두 입자는 마치 "텔레파시"를 갖는 것처럼 보이는데, 얼마나 멀리 떨어져 있든 한 입자의 상태가 변화하면 다른 입자도 따라서 변화한다. 아인슈타인은 이를 "괴물 같은 초격 작용"이라고 불렀다. 전통적인 통신방식은 도청당할 위험이 있지만 양자통신에서 도청자가 발각되고 통신 쌍방에 의해 피신당할 수밖에 없다. 이 때문에 양자 통신은 흔히 정보 보안 전송의 '보호막'으로 불리며, 보안 분야에서 활용 전망이 높다.
최근 몇 년간 중국의 양자통신 기술은 여러 가지 획기적인 진전을 가져왔다. 예를 들면 2016년 8월 중국은 자체 개발한 세계 최초 공간 양자 과학 실험위성인 '묵자호'를 발사했다. 그 후 중국 연구진들은 양자 위성을 이용하여 국제 최초로 1,000 킬로미터 급의 위성과 지구 쌍방향 양자 얽힘 분포를 실현하는 등 성과를 이룩하였다. 2017년에는 세계 최초의 양자 비밀통신 기간망인 '베이징-상하이 간선' 프로젝트가 검수를 통과했다.
올해 들어 양자통신 분야에서 중국 학자들의 승전보가 이어지고 있다. 중국 과학기술대학 판젠웨이팀 (潘建伟团队) 등 연구진은 500킬로미터 급의 진실 환경 광섬유의 이중장 양자 키 배포와 위상 맞춤형 양자 키 배포, 그 전송 거리가 509킬로미터를 달성해 세계 신기록을 세웠다고 발표했다. 9월에 궈광찬 원사단(郭光灿院士团队)은 오스트리아의 동업자들 합작하여 처음으로 고보진도적인 32차원 양자얽힘상태를 실현함으로써 양자통신의 신호 용량을 현저히 제고시켰다고 선포했다.
양자 컴퓨팅:미래 컴퓨팅의"심장"
양자 컴퓨팅은 각국의 우선적인 발전을 위한 또 다른 중점 과학기술 분야이다. 바이두(百度) 연구원 양자 컴퓨팅 연구소 두안룬야오(段润尧)소장은 신화통신 기자에게 "양자 컴퓨팅은 이 새로운 양자 혁명의 가장 대표적인 기술로 미래 컴퓨팅 기술의 심장"이라고 말했다.
양자컴퓨터는 전통 계산기에 비해 월등히 우세하다. 전통 계산기 중 1개 비트는 어느 한 시간에 0 또는 1 중 한 상태일수밖에 없지만 양자 컴퓨터에서는 양자가 겹치기 때문에 1개의 양자 비트가 0과 1의 상태를 동시에 기록할 수 있다. 그러므로 양자컴퓨터는 전통 계산기를 훨씬 능가하는 잠재력을 갖고 있다. 그러나 아직 인류가 동시에 조종할 수 있는 양자 비트가 많지 않고 양자 컴퓨터는 대규모적인 실용화가 안되고 있는 상태이다.
양자 컴퓨팅의 트랙에서는 구글, 마이크로소프트, 인텔 등 서구 과학기술기업들이 선점의 우세를 갖고 있으며, 기술 경로를 따라 양자비트를 더 많이 조종하고 있다. 지난해 10월 구글 연구진은 영국 <네이처>지에 발표한 논문에 의해 54개의 양자 비트가 포함된 양자 칩에 기초해 양자 컴퓨팅 시스템을 개발했고 기존 슈퍼컴퓨터는 약 200초 동안 수행할 수 있는 작업을 1만 년 동안 수행할 수 있다고 밝혔다. 이는 당시 양자컴퓨터가 특정 문제에 대해 전통 계산기 이상으로 계산하여 이를 '양자 패권'이라는 평가를 받았지만 업계에서는 여전히 세부 사항에 의문을 제기하는 목소리가 있다.
우리나라 연구진들도 양자 컴퓨팅에 팔을 걷어붙였다. 중국과학기술대학, 청화대학 등 대학들도 최근 양자 컴퓨팅 분야에서 단계적인 성과를 거두었다. 바이두,알리바바, 텐센트, 화웨이 등 과학기술 업체들도 양자 컴퓨팅 연구 계획을 잇달아 내놓고 있다. 올해 9월, 바이두 (百度), 본원 양자 (本源量子) 등 기업은
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