반도체 다음 투자 종목이 궁금하다면 읽어야 할 책, 양자컴퓨터 레시피

양자컴퓨터 레시피 - 큐비트에서 미래 컴퓨팅까지, 한 권으로 이해하는 양자 기술
김용수.최태영.김요셉 지음 / 세종(세종서적) / 2026년 7월

반도체는 산업의 쌀, AI 핵심 산업의 뇌로 비교되곤 한다.

지금은 반도체 수급이 부족해지면서 가장 핫한 투자처가 되었지만 이제 피지컬 AI를 비롯한 차세대 유망주들이 다시 시동을 걸 차례이다.

산업 현장과 일반 생활에 직접적으로 가장 와닿을 변화는 피지컬 AI이겠지만 조금 먼 미래를 본다면 우주 테마와 양자컴퓨터를 빼놓을 수 없다.

스페이스 X 상장 이후 시장의 침체로 '이런 건 테마주 아닌가'라는 생각을 할 수 있지만 앞으로 방향은 명확하다. . 우주와 함께 고려해야 하는 투자 종목이 양자컴퓨터 테마다.

1년 전만 해도 양자컴퓨터는 덩치만 큰 바보 컴퓨터로 회자되었는데, 1년 새 괄목할 만한 성장을 이루고 있다. 하지만 여전히 상용화까지는 갈 길이 멀다. 하지만 모두가 알 때는 이미 투자의 적기를 놓친 때이기 쉽다.

양자컴퓨터 레시피는 기본적인 양자컴퓨터에 대한 이해도 향상에서부터 현재 기업의 상황을 잘 정리해 둔 책이다. 대략은 이해하고 있었지만 이 책을 통해 리게티 컴퓨터, 아이온큐, 구글, IBM이 어떻게 다른지 확실하게 알 수 있었던 것 같다.

기본 물리학 책이나 양자 물리학 책을 몇 권 읽었지만 물리학도가 아닌 나에게 양자 물리학은 다시 보면 늘 낯선 먼 나라 이야기 같다.

양자 물리학에서는 양자 중첩, 얽힘, 큐비트라는 말이 많이 나오는데 양자 컴퓨터에서도 기본적인 개념을 이해하고 있어야 한다.

큐비트란 무엇인가?

디지털 컴퓨터에서는 모든 정보가 0과 1로 표현된다. 이 숫자를 비트라고 하고 스위치를 끄고 켜는 것에 많이 비유된다. 

양자컴퓨터의 기본 재료는 비트가 아닌 큐비트로 말하자면 스위치보다는 다이얼에 비유하는 게 맞다. 0과 1만 존재하는 것이 아닌 그 사이에 수많은 가능성을 담고 있는 정보 단위라는 말이다.

슈뢰딩거의 고양이를 통해 중첩의 의미를 많이 설명하는데 이때 중요한 것이 위상이다. 상태는 +, -부호에 따라 완전히 다른 것이 되는데 파동의 상쇄나 보강 간섭이 자연현상에서 비슷한 케이스라고 볼 수 있다.

슈뢰딩거의 고양의 죽음은 측정할 확인되는 것이 아닌 그 자체로 결정되는 것이다. 이렇듯 양자 측정의 세계는 상태를 바꾸는 힘이며, 정보를 지우고 다시 만드는 적극적인 과정이라는 점이다.

큐비트는 기본적으로 얽혀 있기 때문에 공간을 초월한다. 아무리 멀리 떨어진 우주의 한 쪽에 있더라도 양자 얽힘으로 한 쪽이 측정되면 다른 쪽은 자동으로 결정되는 성질을 가진다.

이 특성을 이용한 것이 PQC 양자 암호통신이다. 전 세계는 현재 양자 암호 통신망을 구축하여 보완을 강화하려 한다.

IBM, 구글 등의 초전도 양자 컴퓨터 방식

양자 컴퓨터 상용화가 왜 어렵다는 이야기가 많다. 초전도 양자컴퓨터가 작동하는 환경이 영하 273.14도로 우주 공간 270.4도 보다 낮은 온도이기 때문이다. 큐비트의 양자는 외부환경에 따라 중첩상태가 유지되지 못하고 쉽게 붕괴된다. 그래서 거대한 희석 냉동기가 필요한 것이다. 이러한 초전도 양자컴퓨터는 IBM, 구글 등의 기본 모델이다.

아이온큐, 퀀티뉴엄등의 이온 트랩 양자컴퓨터 방식

반면에 이온 트랩 양자컴퓨터는 인간이 만든 회로 대신 자연이 만들어낸 원자를 그대로 가져와 큐비트로 사용한다. 이온 큐비트는 수 초에서 수 분, 길게는 몇 시간까지도 상태를 안정적으로 보존할 수 있는 장점이 있다. 현재 단일 및 2큐비트 게이트와 측정에서 99.9%의 높은 정확도를 가지고 있지만 게이트 속도가 초전도 큐비트 대비 수백에서 수천 배 느린 단점이 있고, 확장성에도 어려움이 있다고 한다.

하버드대학교 MIT, 캘리포니아 공과대학 등의 중성원자 양자컴퓨터 방식

이온 큐비트 방식처럼 천연 재료를 사용하는 방식이 중성원자 큐비트다. 중성원자 큐비트의 큰 장점은 확장성으로 이온처럼 밀어내지 않기 때문에 대규모 확장이 쉬어진다. 중성원자도 양자 연산 전에는 레이저 냉각이 필수다. 이 분야는 2020년대 들어 가장 빠르게 성장하고 있는 플랫폼으로 하버드 대학교 MIT와 캘리포니아 공과대학, 독일 막스 플랑크 연구소, 프랑스 쉬프옵티크 대학교, QuEra Computing, Atom Computing, Psaqal등이 경쟁을 이어가고 있으며 구글은 기존 초전도 양자 컴퓨터와 더불어 중성원자 양자 컴퓨터 개발에도 참여를 선언했다.

그 외 전혀 다르게 접근하는 캐나다의 자나두와 같은 광자 양자컴퓨터 방식이 있다.

주방과 주방을 어떻게 연결할까?

양자컴퓨터의 핵심 기술은 떨어진 양자 프로세서들 사이에 양자 정보를 전달하는 '양자 인터커넥트'다 고전컴퓨터의 네트워크 케이블과 비슷한 역할을 하지만 손상 없이 그대로 정보를 보내는 것이 어렵다.

현재 유망한 연결 수단은 광자로 빛의 속도로 전달할 수 있다는 장점이 있다.

과연 어떤 방식의 양자컴퓨터가 미래의 대세가 될까?

재미있는 것은 이온방식과 초전도 방식의 양자컴퓨터가 점차 각자의 단점을 보완하는 방식으로 발전하고 있다는 것이다.

현재 데이터의 정확도는 이온 타입이 앞서고 있지만 확장성의 한계 때문에 초전도나 중성자 쪽으로 가지 않을까?

어려운 양자역학, 양자컴퓨터 파트였지만 드물게 쉽게 설명이 된 책이어서 도움이 되었던 책이다.

양자 컴퓨팅 관련 미래직업을 꿈꾸는 고등학생, 대학생들,

과학을 좋아하는 사람,

양자컴퓨터 투자에 관심 있으신 분들께 추천드리는 책이다.

#양자컴퓨터레시피 #세종서적 #양자물리학 #양자컴퓨터투자

도서를 제공받아 주관적으로 작성한 서평입니다.