[양자 시대] ⑫ 상용화 시장 선점 놓고 빅테크 불꽃 경쟁

[서울=뉴스핌] 황숙혜 기자 = 최근 JP모간이 발표한 미국의 경제 안보를 위한 핵심 투자 영역에 양자 컴퓨팅도 한 자리를 차지했다.

1조5000억달러 규모의 이른바 '안보∙회복력 이니셔티브'는 미래 성장 동력에 해당하는 핵심 산업에 투자해 미국의 경제적 안보와 공급망을 강화한다는 내용이 골자다.

주요 외신에 따르면 JP모간은 앞으로 10년에 걸쳐 총 1조5000억달러에 달하는 거대 프로젝트를 추진할 예정이다.

양자 컴퓨팅 기술이 월가 공룡 투자은행(IB)의 차세대 경제 동력으로 꼽히면서 투자자들 사이에 관련 종목들이 새롭게 조명되는 모양새다.

앞서 살펴본 알파벳(GOOGL) 자회사 구글과 순수 양자 스타트업 이외에 상당수의 빅테크가 관련 분야에 대규모 투자를 강행하며 가시적인 성과를 내고 있다.

◆ IBM = 수 십년간 양자 컴퓨팅 기술 개발을 추진해 온 IBM(IBM)은 IT 업계와 월가에서 '오래된 강자'로 통한다.

사실 양자 기계의 기이하면서 직관적이지 않은 특성을 접목시킨 최초의 컴퓨터는 약 30년 전 IBM과 몇 개 대학의 공동 프로젝트를 통해 탄생했다.

업체는 이후 최근까지 해당 기술을 거듭 시험하고, 개선시키면서 양자 관련 기술로 10억달러 가량의 수주를 확보하는 결과물을 창출했다.

월스트리트저널(WSJ)에 따르면 업체는 앞으로 5년 이내에 대규모 컴퓨팅을 가능하게 하는 양자 칩 클러스터를 개발한다는 계획을 발표했다.

이와 별도로 IBM은 미국 반도체 업체 AMD(AMD)와 손잡고 이른바 양자 중심 슈퍼컴퓨터(quantum-centric supercomputers)를 개발하고, 양자 개발자 인증 프로그램을 업데이트 한다고 밝힌 바 있다.

IBM의 양자 칩 [사진=업체 제공]

월가는 미국 내 자체 팹(반도체 생산 시설)을 갖춘 몇 안 되는 기업 가운데 하나인 IBM이 경쟁사들이 갖지 못한 강점을 앞세워 양자 기술의 돌파구를 마련할 것으로 기대한다.

IT 시장 조사 업체 가트너는 2030년까지 IBM과 경쟁사들이 양자 컴퓨팅에서 의미 있는 수익을 창출하기 시작할 것으로 예상한다.

IBM의 양자 컴퓨팅 로드맵에 따르면 2026년 고전 컴퓨터와 양자 컴퓨터를 결합해 양자 우위(quantum advantage)를 시연할 계획이다. 아울러 첫 오류 내성(fault-tolerant) 양자 컴퓨터를 2029년까지 선보이고, 이후 확장에 나선다는 입장이다.

양자 우위란 양자 컴퓨터가 현존하는 최고의 컴퓨터 성능을 능가하는 것을 의미하며, 연구자들은 양자 우위를 입증하는 데 수 년간 사활을 걸고 있다.

대규모 양자 컴퓨터의 상용화는 아직 갈 길이 멀지만 최근 IBM과 HSBC는 의미 있는 이정표를 세웠다. 과학 논문과 보도에 따르면 HSBC는 IBM의 양자 컴퓨터에 표준 기법을 결합해 알고리즘 채권 거래의 특정 프로세스를 개선했다.

은행 측은 IBM의 헤론(Heron) 양자 프로세서에서 양자 알고리즘을 실행해 장외(OTC) 유럽 채권 시장에서 제시 가격으로 거래가 실제 체결될 확률을 높였다.

양자 컴퓨팅을 표준 머신러닝 기법과 결합, 기존의 전통적인 컴퓨팅 기법만 사용했을 때보다 프로세스를 최대 34% 개선시켰다는 소식이다.

HSBC는 보고서에서 "채권 거래 부문에서 세계 최초이자 혁신적인 사례에 해당한다"며 "양자 컴퓨팅이 대규모 실제 비즈니스 과제 해결에 사용될 수 있고, 양자 기술이 발전할수록 경쟁에서 더욱 우위를 점하게 될 것"이라고 밝혔다.

아직 시범 프로젝트 단계에 해당하지만 월가와 IT 업계는 IBM의 양자 컴퓨팅 기술이 현실 세계에 이점을 줄 수 있다는 사실을 확인시킨 셈이라고 말한다.

이번 HSBC와 추진한 프로젝트는 지난 8월 AMD와 협력해 고성능 고전 컴퓨터와 양자 컴퓨터를 결합한 차세대 아키텍처 개발의 연장선으로 해석된다.

IBM의 이른바 양자 중심 슈퍼컴퓨팅 전략은 양자 컴퓨터와 CPU(중앙 처리장치), GPU(그래픽 처리장치) 등 표준 칩을 결합해 실제 문제를 해결하는 일종의 하이브리드 방식이다.

HSBC의 이번 발표는 이 같은 하이브리드 방식이 유망하고, 수 년 이내에 실제 사업이나 과학 계산을 가속화할 수 있는 양자 컴퓨터로 이어질 가능성을 강하게 시사한다고 외신들은 전했다.

IBM은 양자 컴퓨팅 사업으로 실제 수익을 창출하는 소수의 기업 가운데 하나다. HSBC와 공동 프로젝트 형태의 협업이나 테스트 등 다양한 유형의 계약을 통해 업체는 10억달러의 실적을 올렸다. 업체는 HSBC 이외에도 항공기 제조업체 보잉(BA)과 미국 최대 모기지 은행 웰스 파고(WFC), 유수의 대학과 국립 연구소 등 다양한 파트너들과 협업하고 있다.

미국 언론과 월가는 HSBC의 사례가 IBM의 양자 컴퓨터와 고전 기법의 결합을 실세계에 적용해 실질적인 수익까지 올리는 시대의 본격적인 개막이 그리 멀지 않았다는 의미로 해석한다.

여전히 대규모 오류 허용 시스템이 실현되기까지 풀어야 할 난제들이 많지만 IBM의 로드맵보다 더 빠르게 양자 기술이 일부 분야에 접목될 수 있다는 전망이다.

컨설팅 업체 맥킨지는 양자 컴퓨팅 시장이 2035년 970억달러, 2040년에는 1980억달러에 이르는 시나리오를 제시했다.

이 같은 예측은 다소 신중하게 받아들여야 하지만 IBM이 수 십년간 축적한 양자 컴퓨팅 연구가 수십 억 달러 사업으로 이어질 잠재력이 충분하다고 월가는 말한다.

의미 있는 수준의 양자 컴퓨팅이 매출이 IBM에 당장 들어오기는 힘들지만 이번 HSBC의 결과는 IBM이 실질적인 비즈니스 문제를 해결하는 실용적인 양자 컴퓨팅 사업을 향해 올바른 방향으로 전진하고 있다는 사실을 보여주는 단면으로 풀이된다.

보도에 따르면 업체는 2029년 계획대로 오류 내성 양자 컴퓨터 개발에 성공하면 2033년부터 큐비트를 2000개까지 확대해 대규모 양자 컴퓨터를 구축한다는 계획이다.

IBM 주가는 10월20일(현지시각) 283.65달러에 거래를 종료, 연초 이후 약 29% 상승했다. 1년 사이 상승률은 22% 선에 그쳤고, 최근 5년간 156% 올랐다.

RBC는 최근 보고서를 내고 업체의 목표주가를 315달러로 유지해 최근 종가에서 11% 상승 가능성을 예고했고, 스티펠 니콜라우스는 310달러로 제시했다. 투자 의견은 '매수'.

시장 조사 업체 팁 랭크스에 따르면 12개 투자은행(IB)이 제시한 목표주가 평균치는 288.73달러로 파악됐고, 최고치와 최저치는 각각 320달러와 200달러로 커다란 편차를 나타냈다.

◆ 마이크로소프트 = 양자 컴퓨팅 기술에서 두각을 나타내는 빅테크로 마이크로소프트(MSFT)를 빼놓을 수 없다.

업체는 2025년 2월19일 이른바 위상초전도체(토포컨덕터) 기반의 양자 칩 '마요라나 1(Majorana 1)을 발표했고, 클라우드 기반의 양자 컴퓨팅 플랫폼 마이크로소프트 애저 퀀텀(Microsoft Asure Quantum)을 구축해 양자 하드웨어와 함께 운영 체제(OS)와 개발 도구를 포함한 소프트웨어 생태계를 건설하는 데 공격적인 행보를 취하고 있다.

마이크로소프트의 마요라나 1 [사진=업체 제공]

업체가 애저 퀀텀을 처음 발표한 것은 2019년이었다 이어 2021년 플랫폼이 대중에 공개됐고, 2023년에는 애저 퀀텀 엘리먼트(Asure Quantum Elements)가 런칭됐다.

마이크로소프트 애저 퀀텀은 개발자들에게 다양한 양자 하드웨어와 소프트웨어, 양자 프로그램 언어를 지원해 애플리케이션을 구축할 수 있도록 하는 플랫폼이다. 실제 과학 연구와 분자 시뮬레이션, 재료 과학 등 다양한 첨단 분야에서 플랫폼이 활용되고 있다.

양자 컴퓨팅 입문자부터 베테랑까지 다양한 수준의 사용자를 지원하며, 폭넓은 분야에 활용된다는 점이 플랫폼의 강점이라고 업체는 설명한다.

실제로 애저 퀀텀 엘리먼트를 통해 인공지능(AI) 및 고성능 컴퓨팅과 결합해 분자 시뮬레이션이나 계산 화학, 재료 과학 등에서 혁신을 가속화하고 있다.

양자 하드웨어 파트너십을 통해 아이온큐를 포함한 다양한 업체들의 양자 칩을 마이크로소프트의 플랫폼에서 사용할 수 있다.

애저 퀀텀은 Q#을 공식 양자 프로그래밍 언어로 지원하며, QDK(Quantum Development Kit)를 통해 코드 작성과 디버깅, 실행 환경을 제공한다.

웹 기반의 인터페이스와 비주얼 스튜디오 코드(Visual Studio Code) 연동, 무료 계정까지 접근성이 높기 때문에 누구나 쉽게 시작할 수 있다는 점도 마이크로소프트의 양자 플랫폼이 갖는 경쟁력으로 꼽힌다.

플랫폼은 애저(Asure) 계정 없이도 무료로 시작할 수 있고, 전반적인 가격 정책은 실제 사용량에 따른 과금 체계를 근간으로 유연하게 운영된다.

한편 지난 2월 마이크로소프트가 공개한 양자 칩 마요라나 1은 새로운 토폴로지컬 코어(Topological Core) 아키텍처를 기반으로 설계됐다. 업체는 이를 통해 수 십 년이 아니라 몇 년 안에 산업 규모의 의미 있는 문제 해결이 가능한 양자 컴퓨터의 실현을 목표로 한다.

업체는 세계 최초로 토포컨덕터(topoconductor)라는 소재를 활용해 칩을 만들었다. 토포컨덕터는 마요라나 1의 입자를 관찰하고 제어할 수 있는 새로운 형태의 물질로, 보다 안정적이고 확장 가능한 큐비트를 구현할 수 있다고 업체는 설명한다.

과거 반도체 발명이 오늘날의 스마트폰과 그 밖에 전자 기기의 발전을 가능하게 한 것처럼 토포컨덕터와 이를 기반으로 한 새로운 칩이 최대 백만 큐비트 규모로 확장 가능한 양자 시스템을 가능하게 할 것이라고 마이크로소프트는 주장한다.

이 같은 임계점이 양자 컴퓨터를 이용해 현실 세계의 문제에 대한 솔루션을 찾는 데 반드시 필요하다고 업체는 말한다.

가령, 미세 플라스틱을 무해한 부산물로 분해하거나 건설과 제조, 의료 분야에서 자가 복원 물질(self-healing materials)을 개발하는 등 상상하기 어려운 일들이 가능해 진다는 설명이다.

토포컨덕터는 완전히 새로운 상태의 물질을 만들어 낼 수 있는 특수 소재로, 고체나 액체, 기체와는 다른 위상학적 상태(topological state)를 이룬다.

물질은 빠르면서 작고, 디지털 제어가 가능한 보다 안정적인 큐비트를 구현할 수 있게 하기 때문에 기존의 기술이 요구하는 복잡한 절충(tradeoff)을 피할 수 있다.

마이크로소프트의 연구진이 토폴로지컬 큐비트라는 독특한 양자 특성을 만들어내고 이를 정확히 측정하는 데 성공한 방법은 네이처(Nature) 논문에 자세하게 공개됐다.

업체는 최근까지 백만 큐비트 규모로 확장 가능한 칩 위에 8개의 토폴로지컬 큐비트를 구현하는 데 성공했다고 밝혔다.

나스닥 시장에서 거래되는 업체의 주가는 2025년 초 이후 S&P500 지수와 부합하는 상승 기록을 세웠다. 10월20일 종가 516.79달러를 기준으로 연초 이후 23.46% 오른 것. 1년과 5년 수익률은 각각 23%와 139%로 집계됐다.

업체는 오는 10월29일 3분기 실적을 공개할 예정이다. 지난 2분기 클라우드 사업 부문인 애저의 매출액이 전년 동기에 비해 39% 급증하는 등 실적 호조를 연출한 데 이어 3분기에도 월가는 '서프라이즈'를 기대하는 모양새다.

강세론자들은 마이크로소프트가 미국 기업들 가운데 시가총액 5조달러를 돌파하는 첫 기업이 될 것으로 기대한다. 최근 종가를 기준으로 한 시가총액은 3조8400만달러.

클라우드와 인공지능(AI), 데이터센터, 여기에 양자 컴퓨팅까지 장기 고성장을 주도할 동력들을 갖췄다는 평가다.

모간 스탠리는 최근 보고서를 내고 업체의 투자 의견을 '매수'로 유지한 한편 목표주가를 582달러에서 625달러로 높였다. 또 업체를 새로운 '톱픽'으로 선정했다.

◆ 아마존 = 양자 컴퓨팅 기술과 관련해 아마존(AMZN)을 가장 먼저 떠올리는 투자자들은 그리 많지 않지만 업체도 경쟁 빅테크에 상응하는 결실을 보여주고 있다.

아마존의 클라우드 사업 부문 아마존웹서비스(AWS)는 지난 2월 양자 컴퓨팅 칩 오셀롯(Ocelot)을 공개했다. 업체는 오셀롯이 기존 접근법에 비해 양자 오류 수정(quantum error correction) 비용을 최대 90%까지 줄일 수 있는 혁신적인 칩이라고 소개했다.

아마존 오셀롯 [사진=업체 제공]

캘리포니아 공과대학교에 위치한 AWS 퀀텀 컴퓨팅 센터의 연구팀이 개발한 칩은 상업적, 과학적으로 중요한 문제를 해결하는 오류 내성 양자 컴퓨터를 향한 중요한 돌파구를 의미한다고 업체는 강조한다.

AWS는 오셀롯의 아키텍처에 새로운 설계를 적용한 한편 기본 단계부터 오류 수정을 내장했다. 또 슈뢰딩거의 고양이에서 이름을 딴 캣 큐비트(cat qubit)를 사용했다. 캣 큐비트는 본질적으로 특정 종류의 오류를 억제함으로써 양자 오류 수정에 필요한 자원을 획기적으로 줄이는 것으로 알려져 있다.

캣 큐비트 기술이 접목된 것은 오셀롯이 처음이며, 여기에 추가적인 양자 오류 수정 요소를 결합해 확장 가능한 마이크로칩 형태를 취했다.

AWS는 보고서에서 "역사적으로 컴퓨팅 분야의 중대한 진보는 하드웨어 구성 요소의 근본적인 재설계를 통해 이뤄졌다"며 "이는 비용과 성능, 더 나아가 신기술 실현 가능성 자체에 커다란 영향을 미친다"고 설명했다.

규모를 확장해 실용적인 양자 컴퓨터로 발전하려면 올바른 구성 블록의 선택이 핵심인데, 오셀롯은 효율적인 확장 수단을 마련했다는 점에서 중차대한 이정표에 해당한다고 업체는 주장한다.

실용적인 오류 내성 양자 컴퓨터가 현실 세계에서 사용되는 일이 이제 가능성의 문제가 아니라 시간의 문제로 바뀌었다는 것.

양자 컴퓨터의 가장 커다란 도전 과제 중 하나는 주변 환경의 미세한 변화나 소음에도 극도로 민감하다는 점인데, 열이나 진동, 스마트폰이나 와이파이 네트워크의 전자기 간섭, 심지어 우주에서 오는 방사선까지도 큐비트를 불안정하게 만들어 계산 오류를 초래한다.

때문에 상당수의 IT 전문가들은 큐비트를 더 많이 만드는 것보다 안정적으로 작동하게 하는 것이 핵심이라고 강조한다.

오셀롯은 처음부터 이 같은 문제의 해결에 목표를 두고 개발됐다고 AWS 연구진은 말한다. 출발부터 오류 수정이 '내장된' 구조로 설계됐다는 얘기다.

기존 아키텍처에 사후적으로 오류 수정을 덧붙이는 방식이 아니라 설계 단계부터 오류 수정을 최우선 과제로 삼고 큐비트와 아키텍처를 선택했다는 것.

AWS는 오셀롯이 완전한 사회적 변화를 일으킬 수준의 양자 컴퓨터로 확장될 때 필요한 자원이 기존의 표준 접근법에 비해 최대 10분의 1에 불과할 것으로 예상한다.

CNBC를 포함한 미국 언론들은 아마존의 양자 컴퓨팅 기술이 마이크로소프트와 구글을 바짝 추격하고 있다고 평가했다.

전자상거래와 클라우드 인프라를 양대 축으로 하는 업체의 비즈니스 모델과 수익 구조에 양자 컴퓨팅이 새로운 동력으로 자리잡고 있다는 판단이다.

나스닥 시장에서 거래되는 아마존 주가는 10월20일 216.48달러에 거래를 마감해 연초 이후 1.7% 떨어졌다. 나스닥 지수와 경쟁 빅테크에 크게 뒤처지는 성적이다. 최근 1년 상승률도 약 15%에 그쳤고, 5년 누적 수익률도 35%에 불과했다.

연초 이후 주가가 이른바 M7(Magnificent 7) 가운데 가장 저조한 데 대해 월가는 클라우드 서비스의 대규모 마비 사태를 포함해 성장 우려가 배경으로 자리잡고 있다고 설명한다.

투자은행(IB) 업계는 아마존의 주가 향방을 낙관한다. 팁 랭크스에 따르면 44개 IB가 일제히 '매수' 투자 의견을 내놓았고, 목표주가 평균치는 267.30달러로 23.48% 상승 가능성을 예고했다. 최고치는 300달러로 나타났다.

 

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