소상공인포커스 - [Special Report | 기술실사 ⑮] 양자통신·양자센서, 양자기술은 연구실을 넘어 산업이 될 수 있는가

▲ 양자기술의 산업화는 양자컴퓨터만의 경쟁에서 벗어나 통신과 센싱 영역으로 빠르게 확장되고 있다. 해킹 위협에 대응하는 차세대 보안기술부터 반도체·의료·국방·우주 분야의 초정밀 측정까지 적용 가능성이 넓어지면서, 이제 경쟁의 초점은 양자역학의 원리를 실제 산업 현장에서 작동하는 제품과 서비스로 얼마나 빠르게 구현하느냐로 옮겨가고 있다. 사진은 기사의 이해를 돕기 위한 AI 생성 이미지.(사진=챗GPT)

● 해킹할 수 없는 통신에서 보이지 않는 것을 측정하는 센서까지…양자산업의 진짜 시장이 열리고 있다
양자기술을 이야기하면 대부분 가장 먼저 양자컴퓨터를 떠올린다. 기존 컴퓨터가 해결하기 어려운 계산을 새로운 방식으로 처리한다는 가능성 때문에 양자컴퓨터는 미래 컴퓨팅 기술의 상징처럼 인식되어 왔다. 그러나 산업의 관점에서 양자기술을 살펴보면 양자컴퓨터만 바라보는 것은 전체 시장의 일부만 보는 것과 같다. 

 

양자역학의 특성을 활용하는 기술은 크게 양자컴퓨팅, 양자통신, 양자센싱으로 확장되고 있으며 이 가운데 일부는 양자컴퓨터보다 먼저 실제 산업과 국가안보 영역에 적용될 가능성이 있다. 특히 사이버보안 위협이 커지고 자율주행과 국방, 반도체, 바이오, 우주산업에서 극도로 정밀한 측정기술이 필요해지면서 양자통신과 양자센서의 전략적 가치가 빠르게 높아지고 있다. 결국 양자산업의 경쟁은 누가 가장 많은 큐비트를 확보하느냐의 경쟁만이 아니라 양자역학이라는 새로운 기술 기반을 실제 통신망과 센서, 산업 시스템으로 연결할 수 있느냐의 경쟁으로 확대되고 있다.

현재 우리가 사용하는 인터넷과 금융망, 국방통신, 기업 네트워크의 보안은 대부분 암호기술에 의존한다. 복잡한 수학 문제를 현실적인 시간 안에 풀기 어렵다는 사실을 이용해 정보를 보호하는 방식이다. 그러나 충분한 성능을 가진 양자컴퓨터가 등장하면 현재 널리 사용되는 일부 공개키 암호체계가 위협받을 가능성이 있다는 것이 양자보안 논의의 출발점이다. 오늘 암호화해 저장한 중요한 정보가 미래의 양자컴퓨터에 의해 해독될 수 있다는 이른바 ‘지금 수집하고 나중에 해독하는’ 위험까지 고려하면 정부와 금융기관, 통신기업은 양자컴퓨터가 완성된 이후가 아니라 그 이전부터 보안체계를 준비해야 한다.

● 양자통신이 단순한 미래 연구가 아니라 국가 기간통신망과 금융, 국방에서 전략기술로 부상하는 이유다
양자통신의 대표적인 기술 가운데 하나가 양자키분배다. 양자 상태는 측정 과정에서 영향을 받는다는 양자역학적 특성을 이용해 암호키를 전달하고, 제3자가 이를 가로채려 할 경우 그 흔적을 탐지하는 것을 목표로 한다. 중요한 것은 양자통신을 ‘절대로 해킹할 수 없는 통신’이라는 단순한 표현으로 이해해서는 안 된다는 점이다. 

 

실제 통신 시스템에는 광원과 검출기, 네트워크 장비, 소프트웨어와 사용자 단말 등 다양한 구성요소가 존재하고, 구현상의 취약점은 별도로 관리해야 한다. 따라서 기술실사의 관점에서는 양자역학적 원리의 안전성과 실제 시스템 전체의 보안성을 구분해 평가해야 한다. 기술 자체의 이론적 강점이 곧 전체 네트워크의 무결점을 의미하지 않기 때문이다.

양자보안 시장에서는 또 하나의 중요한 축이 존재한다. 바로 양자내성암호다. 이는 양자역학을 이용해 통신하는 방식과 달리 기존 컴퓨터와 통신망에서도 사용할 수 있으면서 미래 양자컴퓨터의 공격에 견딜 수 있도록 새로운 수학적 문제를 기반으로 암호체계를 만드는 접근법이다. 따라서 미래 보안시장은 양자통신과 양자내성암호 가운데 하나만 살아남는 구조보다는 용도와 비용, 보안 수준에 따라 두 기술이 함께 사용되는 방향으로 발전할 가능성이 높다. 국가 핵심시설이나 군사·금융망처럼 매우 높은 보안 수준이 필요한 영역에서는 양자통신의 활용 가능성이 높고, 인터넷과 기업 시스템처럼 광범위한 전환이 필요한 영역에서는 양자내성암호가 중요한 역할을 담당할 수 있다.

양자통신이 정보의 안전한 이동을 목표로 한다면 양자센서는 현실 세계를 지금보다 훨씬 정밀하게 측정하는 기술이다. 원자와 광자, 스핀과 같은 양자 상태가 외부 환경의 미세한 변화에 민감하게 반응하는 특성을 이용하면 기존 센서가 감지하기 어려웠던 자기장과 중력, 시간, 가속도, 온도 등의 변화를 매우 높은 정밀도로 측정할 가능성이 있다. 이러한 기술은 화려한 소비자 제품보다 산업과 국방, 의료, 우주 분야에서 먼저 큰 가치를 만들어낼 수 있다.

● 양자컴퓨터가 ‘새로운 계산 방법’을 제공한다면 양자센서는 ‘새로운 관측 능력’을 제공하는 기술이라고 볼 수 있다
대표적인 사례가 양자중력센서다. 지하에 존재하는 물질의 밀도가 달라지면 미세한 중력 차이가 발생하는데, 이를 정밀하게 측정할 수 있다면 지하 구조와 공동, 광물자원, 지하수 등을 비파괴 방식으로 탐지하는 기술로 발전할 가능성이 있다. 건설 현장에서는 지하 공동과 구조물의 위험을 확인하고, 자원개발에서는 지하 매장 구조를 조사하며, 국방 분야에서는 기존 방식으로 탐지하기 어려운 물체를 식별하는 데 활용할 가능성이 연구되고 있다. 정밀한 중력 측정이라는 기초과학 기술이 건설과 자원, 국방이라는 거대한 산업시장과 연결될 수 있는 것이다.

양자자기센서 역시 의료와 반도체 분야에서 주목받는다. 인체에서 발생하는 극미세 자기신호를 정밀하게 측정하면 뇌와 심장의 활동을 기존과 다른 방식으로 관찰할 가능성이 있으며, 반도체 내부에서 발생하는 미세 전류와 자기장의 변화를 분석하면 칩의 결함을 찾아내는 검사기술로 활용할 수 있다. 반도체 공정이 미세화될수록 기존 검사장비가 찾아내기 어려운 결함을 얼마나 빠르고 정확하게 측정하느냐가 수율과 직결된다. 따라서 양자센서는 반도체 제조장비 산업과도 연결될 수 있다. 대한민국이 양자센서에 관심을 가져야 하는 이유가 단순한 기초과학 육성에만 있는 것이 아니라 기존 주력산업의 경쟁력을 높일 수 있다는 데 있다.

정밀한 시간 측정 역시 양자센싱의 중요한 영역이다. 원자시계는 통신망과 위성항법, 금융거래, 전력망 등 현대 사회의 핵심 인프라에서 시간 동기화에 사용된다. 자율주행과 6세대 이동통신, 우주통신처럼 더 높은 정밀도가 요구되는 산업이 성장할수록 시간과 위치를 정확하게 측정하는 기술의 중요성도 높아진다. 특히 위성항법 신호를 사용할 수 없거나 방해받는 환경에서도 위치를 추정할 수 있는 양자 관성센서가 발전한다면 항공기와 선박, 잠수함, 국방 시스템의 항법 방식에도 변화가 나타날 수 있다. 이는 양자센서가 단순한 계측장비를 넘어 국가안보 기술로 평가되는 이유다.

세계 주요국이 양자기술을 국가전략기술로 육성하는 것도 이러한 산업적·안보적 가치 때문이다. 미국은 대학과 국가연구소, 빅테크와 스타트업을 연결해 양자컴퓨팅뿐 아니라 통신과 센싱 생태계를 확대하고 있다. 유럽 역시 장기 연구 프로그램을 통해 양자기술의 산업화를 추진하고 있으며, 영국은 양자센서와 양자이미징을 포함한 응용기술 개발에 적극적이다. 중국은 양자통신 분야에서 대규모 실증 인프라를 구축하며 독자적인 기술 생태계를 확대해 왔다. 일본도 소재와 정밀계측, 광학기술의 강점을 기반으로 산업 응용을 추진하고 있다. 결국 양자기술은 반도체와 AI처럼 연구논문의 경쟁을 넘어 국가가 장기간 인력과 인프라, 공급망을 구축해야 하는 전략산업으로 이동하고 있다.

● 특히 중국의 양자통신 전략은 주목할 필요가 있다
양자기술을 통신 인프라와 연결하려는 시도는 단순한 기술개발을 넘어 국가 차원의 정보보안 체계를 구축하려는 전략과 연계된다. 미국 역시 양자컴퓨터 시대에 대비해 기존 암호체계의 전환과 양자기술 연구를 동시에 추진하고 있다. 이는 향후 양자산업에서 기술표준을 누가 먼저 확보하느냐가 매우 중요하다는 것을 의미한다. 통신기술은 한번 국제표준과 인프라가 형성되면 후발주자가 시장을 뒤집기 어렵다. 5G와 반도체에서 확인했듯 기술표준은 산업 경쟁력을 넘어 국가 경제안보의 문제로 발전할 수 있다.

그러나 양자통신 산업의 경제성은 냉정하게 살펴봐야 한다. 양자키분배 시스템을 구축하기 위해서는 전용 장비와 광통신 인프라가 필요하고 장거리 전송과 네트워크 확장에도 기술적·경제적 과제가 존재한다. 기존 인터넷 전체를 단기간에 양자통신망으로 바꾸는 것은 현실적인 접근이 아니다. 따라서 초기 시장은 국가기관과 국방, 금융기관, 데이터센터 간 통신, 중요 연구시설 등 보안의 경제적 가치가 매우 높은 분야에서 형성될 가능성이 크다. 기술실사의 핵심은 ‘양자통신이 가능한가’가 아니라 기존 보안기술보다 높은 비용을 지불하면서까지 양자통신을 사용해야 하는 고객이 얼마나 존재하는가를 확인하는 것이다.

● 양자센서에서는 조금 다른 시장이 형성될 가능성이 있다
센서는 특정 산업 문제를 해결해 비용을 절감하거나 기존에 측정할 수 없었던 정보를 제공한다면 비교적 명확한 경제적 가치를 만들 수 있다. 예를 들어 반도체 생산라인에서 기존 검사기술로 찾지 못하던 결함을 조기에 발견해 수율을 높일 수 있다면 장비가격이 높더라도 도입할 이유가 생긴다. 지하 구조물 조사에서 굴착 없이 위험지역을 파악할 수 있다면 건설비와 안전비용을 줄일 수 있다. 의료에서 기존 장비보다 새로운 진단정보를 제공한다면 고부가가치 의료기기 시장으로 진입할 수도 있다. 이런 이유로 양자센서는 일부 영역에서 양자컴퓨터보다 먼저 안정적인 B2B 시장을 형성할 가능성도 주목할 필요가 있다.

대한민국에는 양자통신과 양자센서가 새로운 산업기회가 될 수 있다. 한국은 세계적인 반도체 제조 기반과 광통신 인프라, 이동통신 기술, 정밀 제조업을 보유하고 있다. 이러한 산업기반은 양자기술을 연구실에서 산업으로 이전하는 과정에서 중요한 강점이 된다. 양자통신에서는 통신망과 광학부품, 보안 소프트웨어를 결합할 수 있고, 양자센서에서는 반도체 공정과 의료기기, 국방, 조선, 자동차 산업이라는 실제 수요처를 확보할 수 있다. 원천기술 경쟁에서 선도국과 모든 분야를 동시에 경쟁하기보다 대한민국이 강점을 가진 기존 산업과 양자기술을 결합하는 전략이 현실적일 수 있다.

특히 반도체 산업과의 결합은 전략적으로 중요하다. 양자센서에 필요한 광원과 검출기, 제어전자장치, 패키징 기술 가운데 상당 부분은 기존 반도체·광학 산업과 연결된다. 양자컴퓨터 역시 궁극적으로는 제어칩과 극저온 전자장치, 광학부품, 정밀측정 장비 등 거대한 공급망을 필요로 한다. 대한민국이 반드시 모든 종류의 양자컴퓨터에서 세계 1위를 해야만 양자산업의 승자가 되는 것은 아니다. 반도체 산업에서 소재·부품·장비가 하나의 거대한 생태계를 형성했듯 양자산업에서도 핵심 부품과 장비를 공급하는 기업들이 중요한 시장을 형성할 수 있다.

● 투자자의 관점에서는 더욱 엄격한 기술실사가 필요하다
‘양자’라는 이름이 붙었다고 해서 모두 동일한 기술적 가치나 시장성을 가진 것은 아니다. 기업을 평가할 때는 먼저 어떤 양자현상을 이용하는지, 실험실 성능이 반복적으로 재현되는지, 기존 기술과 비교해 실제 성능 우위가 어느 정도인지 확인해야 한다. 이후 제품의 크기와 가격, 사용환경, 유지보수 비용을 검토해야 하며 마지막으로 실제 고객이 비용을 지불하고 제품을 사용할 이유가 있는지를 확인해야 한다. 정부 연구과제 수주와 특허 보유만으로 상업성을 판단하는 것은 위험하다.

양자센서 기업이라면 검출 민감도만 볼 것이 아니라 측정 속도와 장비 크기, 환경 안정성, 교정 주기, 생산원가까지 살펴봐야 한다. 실험실에서 세계 최고 수준의 민감도를 달성했더라도 장비가 지나치게 크거나 극저온 환경이 필요하고 운영비가 높다면 산업현장에서 사용하기 어렵다. 양자통신 기업 역시 전송거리나 암호키 생성속도뿐 아니라 기존 통신망과의 호환성, 설치비용, 장비 수명, 국제표준과 인증을 확인해야 한다. 기술실사는 논문에서 시작하지만 결국 고객이 실제로 사용할 수 있는 제품인가라는 질문으로 끝나야 한다.

자본시장에서는 양자기술의 긴 개발기간 역시 중요한 위험요인이다. 원천기술 기업은 매출이 발생하기 전 장기간 연구개발비를 투입해야 할 수 있고, 후속 자금조달이 지연되면 우수한 기술을 보유하고도 사업을 지속하기 어렵다. 반대로 기술이 상용화되기 전에 과도한 기대가 밸류에이션에 반영될 경우 투자자는 높은 위험을 부담하게 된다. 따라서 양자산업 투자는 단순한 미래 성장률보다 현금 보유기간과 연구개발 단계, 정부 지원의 지속 가능성, 전략적 투자자 확보 여부, 첫 번째 유료 고객의 존재를 함께 살펴봐야 한다.

기술실사의 관점에서 양자통신과 양자센서의 가장 중요한 특징은 양자컴퓨터의 완성을 기다릴 필요가 없다는 것이다. 양자컴퓨터는 오류보정과 대규모 확장이라는 거대한 기술적 장벽을 넘어야 하지만 양자통신과 양자센서는 특정 목적에 집중해 단계적으로 시장을 만들 수 있다. 모든 인터넷을 양자망으로 바꾸지 않아도 국가 핵심통신망이라는 시장이 존재할 수 있고, 모든 센서를 양자센서로 바꾸지 않아도 반도체 검사나 의료, 국방처럼 기존 기술로 해결하기 어려운 고부가가치 시장에서 먼저 경제성을 확보할 수 있다.

따라서 양자산업의 미래를 판단할 때 ‘언제 범용 양자컴퓨터가 등장할 것인가’라는 질문 하나에만 집중해서는 안 된다. 훨씬 중요한 질문은 양자기술 가운데 어떤 기술이 가장 먼저 고객의 문제를 해결하고 매출을 만들 것인가이다. 산업의 역사를 보면 가장 뛰어난 원천기술이 반드시 가장 큰 시장을 만든 것은 아니다. 기술을 표준화하고 제조원가를 낮추며 기존 산업과 연결한 기업이 결국 시장을 지배했다. 양자산업도 같은 과정을 거칠 가능성이 높다.

● 기술실사의 종합적인 판단은 양자기술의 진정한 산업화가 ‘계산’에서만 시작되는 것은 아니라는 것이다
양자컴퓨터가 기존 컴퓨팅으로 해결하기 어려운 문제를 계산하는 기술이라면 양자통신은 정보를 더욱 안전하게 이동시키고, 양자센서는 기존 장비가 볼 수 없었던 세계를 측정하는 기술이다. 이 세 가지 축이 동시에 발전할 때 비로소 하나의 양자산업 생태계가 만들어질 수 있다.

대한민국 역시 목표를 분명히 해야 한다. 선도국이 투자하는 모든 분야를 동일하게 따라가는 전략보다는 반도체, 통신, 자동차, 조선, 국방, 의료처럼 이미 세계적인 산업기반을 확보한 분야에서 양자기술의 실질적인 수요를 먼저 만드는 것이 중요하다. 연구실에서 개발된 센서를 반도체 공정에 투입하고, 양자보안 기술을 통신망에서 검증하며, 국내에서 만들어진 부품과 장비를 글로벌 양자기업의 공급망에 진입시키는 과정이 필요하다. 기술 주권은 반드시 모든 완제품을 독자적으로 만드는 것만을 의미하지 않는다. 세계가 필요로 하는 핵심 기술과 부품을 공급할 수 있는 능력 역시 강력한 기술 주권이다.

결국 양자산업의 승자는 가장 먼저 ‘양자’라는 이름을 사용한 기업도, 가장 많은 미래 계획을 발표한 국가도 아닐 것이다. 측정할 수 없었던 것을 측정하고, 보호하기 어려웠던 정보를 보호하며, 그 기술을 고객이 실제로 구매할 수 있는 가격과 제품으로 만들어낸 기업이 시장을 차지하게 될 가능성이 높다.

양자컴퓨터가 인류에게 새로운 계산 능력을 제공한다면 양자센서는 새로운 눈과 귀를 제공하고, 양자통신은 그 정보를 안전하게 연결하는 신경망의 역할을 하게 된다. 그런 의미에서 양자기술의 산업혁명은 미래 어느 날 갑자기 등장할 거대한 양자컴퓨터 한 대에서 시작되는 것이 아닐 수 있다. 통신망과 공장, 병원, 반도체 생산라인, 국방 시스템 속으로 양자기술이 하나씩 들어가는 순간부터 이미 시작되고 있다. 바로 그 지점이 앞으로 양자통신과 양자센서를 바라봐야 할 기술실사의 기준이다.

 

 

소상공인포커스 / 서영현 기자 93olivia@naver.com