제주대학교는 차세대 컴퓨팅 기술인 양자 컴퓨터를 활용한 에너지 신소재 개발 가능성을 조명하는 특강을 개최했다고 12일 밝혔다.

이번 특강은 제주대학교 BK21 제주에너지신산업교육연구단(단장 목영선), 그린수소 글로컬 선도연구센터(센터장 김상재), 에너지신산업연구소(연구소장 김상재)가 공동으로 주관한 ‘제32회 국내외 저명연구자 초청강연’으로 진행됐다. 강연에는 가천대학교 반도체물리학과 배준호 교수가 초청돼 양자 컴퓨팅을 활용한 재료과학 혁신을 주제로 특별 강연을 맡았다.

양자 컴퓨터는 0과 1 두 상태만을 사용하는 기존 컴퓨터와 달리, 두 상태를 동시에 표현할 수 있는 ‘큐빗’을 기반으로 작동하는 기술이다. 이 때문에 기존 컴퓨터로는 사실상 계산이 불가능한 복잡한 분자·소재 구조도 단시간에 해석할 수 있는 것으로 기대된다.

배 교수는 강연에서 “복잡한 분자를 기존 컴퓨터로 계산하려면 수십 년 이상 걸리거나 아예 불가능한 경우가 많지만, 양자 컴퓨터는 이를 현실적인 시간 안에 해결할 수 있는 잠재력을 갖고 있다”고 강조했다.

특히 그는 양자 컴퓨터와 기존 컴퓨터를 결합해 물질의 성질을 예측하는 ‘변분법 양자 알고리즘(VQA)’을 소개하며, “현재 기술 수준에서도 활용 가능한 실용적 접근법”이라고 설명했다. 배 교수 연구팀은 실제로 양자 컴퓨터를 활용해 수소 분자의 에너지 상태를 계산하는 실험을 통해 기술의 실용 가능성을 확인했으며, “분자가 복잡해질수록 양자 컴퓨팅의 계산 우위는 더욱 뚜렷해질 것”이라고 전망했다.

이러한 양자 계산 기술은 그린수소 저장 소재, 차세대 배터리, 고효율 태양전지 등 에너지신산업 핵심 분야에서 획기적인 설계 혁신을 가져올 것으로 기대된다. 기존에는 실험실에서 수많은 시행착오를 거쳐야 했던 신소재 개발을, 양자 기반 시뮬레이션으로 사전에 성능을 예측하고 최적 구조를 도출할 수 있기 때문이다.

현재 IBM을 비롯한 글로벌 기업들이 양자 컴퓨터 개발에 적극 투자하고 있으며, 하드웨어 성능과 알고리즘은 빠른 속도로 발전하고 있다. 다만 배 교수는 “아직은 초기 단계로, 오류율 개선과 안정성 확보가 핵심 과제”라고 덧붙였다.

배 교수 연구팀은 한국연구재단과 산업기술평가관리원의 지원을 받아 폴리머 소재와 나노 복합재료 등을 대상으로 양자 기반 소재 설계 연구를 활발히 진행하고 있으며, 관련 성과를 국제 학술지에 발표하고 있다.

특강을 준비한 정동원 기계시스템공학과 교수는 “양자 컴퓨팅은 초기 컴퓨터나 인공지능 기술처럼 결국 인류가 도달하게 될 차세대 기술 패러다임”이라며 “앞으로 양자 하드웨어와 알고리즘의 발전은 기존 재료 설계 방식을 근본적으로 뒤바꿀 수 있는 무궁한 가능성을 지니고 있다”고 강조했다.

제주대학교는 이번 특강을 통해 첨단과학기술 분야의 학술 교류를 강화하고, 연구자들이 양자 기술이 에너지신산업에 가져올 변화를 이해하는 기회를 확대했다는 점에서 큰 의미가 있다고 설명했다.

# 양자이득 : 양자 컴퓨터가 기존 컴퓨터보다 확실히 우수해지는 지점. 기존 컴퓨터(0과 1)로는 수십 년~수천 년 걸릴 계산을 양자 컴퓨터(0과 1을 동시에 갖는 큐빗)는 몇 분~몇 시간 안에 해결하는 차이를 양자이득이라고 함.