"100큐비트급 양자컴퓨터·슈퍼컴 '한강' 연결…내년 상반기 서비스"
한국과학기술정보연구원(KISTI)이 아이온큐 100큐비트급 양자컴퓨터(이온트랩)와 국가 슈퍼컴퓨터 6호기 '한강'을 연결한 하이브리드 컴퓨팅 서비스를 내년 상반기 선보일 계획이다. 두 컴퓨터의 강점을 결합한 공공 서비스를 통해 연구자와 기업의 양자컴퓨팅 활용을 지원한다는 구상이다. 함재균 KISTI 양자컴퓨팅서비스연구단장은 6일 열린 퀀텀포럼에서 'K-Quantum Highway: 양자-HPC 통합을 통한 전략적 인프라 구축전략'을 주제로 발표하며 이 같은 계획을 밝혔다. 그는 양자컴퓨터 도입과 슈퍼컴퓨터 연계를 출발점으로, 연구자와 산업계가 실제로 활용할 수 있는 '국가 양자 고속도로'를 구축해야 한다고 강조했다. 국가 양자 고속도로는 양자컴퓨터와 고성능컴퓨팅(HPC), 인공지능(AI)을 연구자·산업 생태계와 연결하는 구상이다. 장비 구축부터 통합 소프트웨어 개발, 클라우드 서비스, 사용자 지원까지 연계해 실제 활용 사례를 확보하는 데 초점을 맞췄다. 양자컴퓨터가 핵심 연산 맡고, 슈퍼컴퓨터가 전체 계산 지원 함 단장은 양자컴퓨터와 슈퍼컴퓨터를 결합하는 하이브리드 방식이 양자컴퓨팅 활용을 위한 현실적인 접근이라고 설명했다. 양자컴퓨터가 모든 계산을 처리하기보다 기존 컴퓨터가 풀기 어려운 특정 연산을 맡아 전체 계산의 효율을 높이는 방식이다. GPU가 AI 연산에서 강점을 발휘하듯 양자처리장치(QPU)도 자신이 잘 처리할 수 있는 계산을 담당한다. 슈퍼컴퓨터가 데이터 전처리와 최적화 등 기존 연산을 수행하고, 계산의 병목이 되는 일부 작업을 양자컴퓨터에 넘긴 뒤 결과를 주고받는 구조다. 함 단장은 “양자컴퓨터는 어떤 계산을 하는 데 있어 가속기 역할로 보는 것이 합당하다”며 “전체 계산 스택에서 병목이 되는 부분, 양자 계산이 잘할 수 있는 부분을 담당해 효과를 끌어올리는 방식”이라고 말했다. 그는 기존 산업 현장의 계산 방식을 유지하면서 복잡한 핵심 연산에 양자컴퓨팅을 적용할 수 있다고 설명했다. 화학 시뮬레이션과 신약 발굴, 물류 최적화 등을 주요 활용 분야로 제시했다. 해외 주요 국가도 양자컴퓨터를 기존 슈퍼컴퓨팅 인프라와 결합하고 있다. 유럽은 6개 국가 슈퍼컴퓨터센터에 서로 다른 방식의 양자컴퓨터를 직접 구축하고 있다. 특정 기술에 대한 의존도를 낮추면서 두 시스템을 밀접하게 연결하는 접근이다. 일본은 슈퍼컴퓨터 '후가쿠' 등을 중심으로 여러 양자컴퓨터를 연계하고 있으며, 미국은 HPC와 AI, 양자컴퓨팅을 통합해 과학 연구를 지원하는 인프라 구축을 추진하고 있다고 함 센터장은 설명했다. 영국 사례에서는 정부의 수요 창출 역할에 주목했다. 정부가 연구비 지원에 머무르지 않고 직접 고객으로 참여해 기술을 검증하고, 성과에 따라 조달을 확대해 시장을 형성하는 방식이다. 함 단장은 양자컴퓨팅의 경제적 가치가 장비 판매보다 현장에서의 활용에서 나온다고 강조했다. AI 서비스 수요 확대가 반도체와 서버 시장의 성장으로 이어진 것처럼 양자컴퓨팅도 활용 수요가 늘어나야 하드웨어와 관련 산업의 성장을 견인할 수 있다는 설명이다. 아이온큐 '템포' 구축…과제 신청 약 4분의 1은 기업 KISTI는 지난해부터 과학기술정보통신부 사업으로 양자컴퓨터와 슈퍼컴퓨터를 결합한 하이브리드 플랫폼 및 공공 서비스 체계를 구축하고 있다. 함 단장은 아이온큐의 이온트랩 방식 양자컴퓨터 '템포'를 도입해 슈퍼컴퓨터 '한강'과 연결할 계획이라고 밝혔다. 템포는 물리 큐비트 100개 이상을 갖춘 시스템으로, 한강과 100Gbps 이더넷으로 연결한다. 한강의 이론상 최대 연산 성능은 614.7페타플롭스(1페타=초당 1,000조번 연산)다. 함 단장은 올해 11월 말에서 12월 초께 템포의 하드웨어 구축을 마치고 이온 포획과 안정화 단계에 들어갈 것으로 예상했다. 해당 장비를 활용하는 서비스는 내년 상반기 제공을 목표로 하고 있다. 장비 구축에 앞서 사용자들이 양자컴퓨팅 활용 경험을 쌓을 수 있도록 지원 프로그램도 운영하고 있다. KISTI는 올해 여름부터 확보한 양자 클라우드 자원을 활용해 체험 프로그램과 과제 지원 프로그램을 진행 중이다. 함 단장에 따르면 과제 수행을 신청한 연구책임자(PI)는 50명이 넘었다. 1차 과제 지원 프로그램의 기업 비중은 26.09%로, 신청 수요의 약 4분의 1을 차지했다. 그는 기존 슈퍼컴퓨터 사용자 지원 프로그램보다 기업 비중이 높았다며 국내 산업계의 양자컴퓨팅 수요를 확인했다고 설명했다. KISTI는 두 컴퓨터의 작업을 연계하는 실행 환경과 미들웨어, 성능을 평가하는 벤치마크 알고리즘도 개발하고 있다. 사용자는 클라우드를 통해 자원에 접근할 수 있으며, 향후 서로 다른 방식의 양자컴퓨터가 추가되더라도 함께 활용할 수 있도록 플랫폼을 구축할 계획이다. 기술지원과 컨설팅, 공동 연구, 교육 등 사용자 지원도 병행한다. 양자컴퓨팅과 AI를 주제로 한 워크숍과 '퀀텀 리프레이밍 챌린지' 해커톤 등을 통해 수요를 발굴하고, 산업 현장의 문제를 양자컴퓨팅으로 풀 수 있는 형태로 바꾸는 작업을 지원한다. 함 단장은 이러한 인프라가 실제 활용으로 이어지려면 알고리즘 개발과 AI 융합, 성능평가, 국제 표준화 참여가 함께 이뤄져야 한다고 강조했다. 특정 제조사나 기술에 대한 의존을 줄이기 위해 다양한 양자컴퓨팅 플랫폼을 수용하는 전략도 제시했다. 그는 “양자컴퓨터의 실물을 보유하는 것에서 그쳐서는 안 된다”고 말했다. 이어 양자컴퓨터와 슈퍼컴퓨터, AI, 연구자와 산업 생태계를 연결하는 인프라 구축을 위해 양자 연구자뿐 아니라 기존 컴퓨팅 산업과 프로그래밍 분야의 참여도 필요하다고 강조했다.
