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'반물질 비밀 풀까'...美에너지부, 입자 물리학에 양자컴퓨터 도입

미국 에너지부가 역대 최대 규모의 디지털 양자 시뮬레이션을 구현했다. 슈퍼컴퓨터로는 감당하기 어려운 복잡한 입자 물리 현상을 양자컴퓨터를 활용해 풀어낸 것이 특징이다. 연구진은 이번 성과를 바탕으로 반물질과 중성자별처럼 기존 컴퓨터로는 다루기 어려웠던 극한 환경을 양자 시뮬레이션으로 구현하고 이에 대한 새로운 해답을 제시할 수 있는 도구가 될 수 있을 것으로 기대를 밝혔다. 23일(현지시간) 미국 에너지부 과학국 산하 핵물리 프로그램팀은 IBM의 양자컴퓨터에서 100개가 넘는 큐비트를 활용해 확장 가능한 표준모형 알고리즘을 구현하는 데 성공했다고 밝혔다. 이 알고리즘은 핵입자물리 현상을 모사하는 확장형 양자회로를 구성하고 표준모형 방정식을 디지털 양자 시뮬레이션 형태로 재현하는 것이 특징이다. 표준모형은 우주를 구성하는 기본입자와 이들 사이에 작용하는 힘을 설명하는 이론이다. 하지만 밀도가 매우 높거나 시간이 따라 역동적으로 변하는 상황에서는 방정식이 지나치게 복잡해 가장 성능이 뛰어난 슈퍼컴퓨터로도 계산이 사실상 불가능하다. 연구진은 이런 한계를 넘기 위해 양자컴퓨터를 활용하는 전략을 택했다. 이를 위해 연구팀은 먼저 입자 물리학을 설명하는 표준모형을 아주 작은 규모로 단순화해, 일반 컴퓨터에서 계산 가능한 모형계를 만들었다. 이 계산에서 얻은 결과를 바탕으로 시스템 크기가 커질 때도 회로 구조를 규칙적으로 덧붙여 나갈 수 있도록 설계를 정리했다. 이후 이 설계를 양자컴퓨터에 그대로 옮겨 쓸 수 있는 확장형 시뮬레이션 모델로 구현해, 큰 규모에서도 동일한 원리로 동작하는 양자회로를 만들어 냈다. 연구팀은 이렇게 만든 모델을 1차원 직선 위에서 입자와 빛의 상호작용을 다루는 양자전자역학(QED) 단순 모형인 '슈윙거 모델'에 적용했다. 그 결과 겉으로는 아무것도 없는 것처럼 보이지만 실제로는 양자 요동이 끊임없이 일어나는 진공 상태와, 강한 힘으로 결합된 입자 덩어리인 하드론 상태를 양자컴퓨터 위에서 직접 준비하는 데 성공했다. 실험 검증도 이뤄졌다. 연구팀은 작은 크기의 계에 대해서는 고전 슈퍼컴퓨터로 얻은 계산 결과와 양자컴퓨터 시뮬레이션 결과를 비교해 상태가 회로 깊이에 따라 체계적으로 개선될 수 있고 진공의 물리량이 퍼센트 수준 오차로 재현된다는 점을 확인했다. 에너지부는 이를 디지털 방식으로 수행된 양자 시뮬레이션 가운데 현재까지 최대 규모 실험으로 평가했다. 이번 성과는 양자컴퓨터가 단순 계산 검증 수준을 넘어, 실제 핵입자물리에서 다루는 계와 유사한 구조를 지닌 시스템을 직접 다룰 수 있는 단계에 진입했음을 보여준다. 특히 초기 상태를 확장 가능한 회로로 준비할 수 있게 되면서, 향후 더 많은 큐비트를 활용해 복잡한 입자 충돌 과정이나 초고밀도 조건을 순차적으로 계산해 나갈 수 있는 잠재력을 검증했다는 점에서 의미가 크다는 평가다. 이번 연구는 미국 에너지부와 워싱턴대학교 '인큐베이터 포 퀀텀 시뮬레이션(IQuS)', 양자과학센터(QSC) 등의 지원으로 이뤄졌다. 구체적인 이론·실험 결과는 미국물리학회가 발간하는 'PRX 퀀텀'과 '피지컬 리뷰 D'에 각각 게재됐다. 워싱턴대학교 마틴세이지 양자 시뮬레이션 인큐베이터는 "이번 성과는 단순한 개념 증명을 넘어, 극한 조건에서 물질이 어떻게 거동하는지를 본격적으로 계산할 수 있는 '양자 시뮬레이션 로드맵'의 초석"이라며 "장기적으로는 물질과 반물질이 왜 비대칭으로 남았는지, 초신성이 어떻게 무거운 원소를 만들어 내는지, 중성자별 내부와 같은 초고밀도 물질의 성질은 어떠한지 등, 기존 고전 컴퓨팅만으로는 접근이 어려웠던 문제에 답을 줄 도구가 될 것"이라고 밝혔다. 이어 "앞으로 양자 하드웨어 성능과 오류 보정 기술이 개선되면, 이번 회로 설계를 기반으로 표준모형의 강한 상호작용을 포함한 보다 복잡한 3차원 문제까지 단계적으로 확장해 나갈 계획"이라고 덧붙였다.

2025.11.23 19:00남혁우

"양자 패권 강화"…美 에너지부, 양자연구 9천억원 투입

미국 에너지부(DOE)가 양자기술 분야 연구개발에 9천억원 규모의 추가 투자를 단행한다. 이번 투자는 미국의 양자과학 분야 주도권을 강화하고, 국가 안보와 첨단 산업 경쟁력 확보를 위한 전략적 조치로 평가된다. DOE는 5일 총 6억2천500만 달러(약 9천억원) 규모의 예산을 투입해 기존 5개 국가 양자정보과학 연구센터(NQISRC)에 대한 지원을 갱신하고 차세대 양자컴퓨팅, 센싱, 네트워킹 기술 개발을 집중 지원하겠다고 밝혔다. 이번 조치는 2018년 트럼프 대통령이 서명한 국가 양자 이니셔티브 법의 후속 조치로 미국이 양자과학·기술 분야에서 글로벌 리더십을 강화하기 위한 전략적 재투자다. DOE는 향후 5년간 단계적으로 예산을 집행하며, 연평균 약 1억2천500만 달러 규모가 투입될 예정이다. 추가 예산은 의회의 승인에 따라 순차적으로 배정된다. NQISRC로 지원이 갱신된 연구소는 ▲브룩헤이븐 국립연구소 ▲페르미 국립가속기연구소 ▲아르곤 국립연구소 ▲로렌스버클리 국립연구소 ▲오크리지 국립연구소 등이다. 각 센터는 양자컴퓨팅, 시뮬레이션, 네트워킹, 센싱 등 핵심 기술 중 선정된 분야를 독립적으로 연구한다. DOE는 각 센터에서 수행하는 기초과학부터 응용기술까지 전 단계를 포괄하는 연구 생태계를 통합 지원할 방침이다. 양자 우위 공동설계센터(C2QA)로 지정된 브룩헤이븐 국립연구소는 차세대 양자 장치의 핵심이 되는 소재공학과 하드웨어 구조 설계 분야에 집중한다. 이를 위해 초전도체와 다이아몬드 기반 양자소재의 성능을 향상시키는 데 주력하며, 초전도 및 중성원자 시스템의 모듈형 설계를 개발해 양자컴퓨팅의 효율성과 확장성을 높이는 연구를 추진한다. 페르미 국립가속기연구소는 초전도 양자소재 및 시스템센터(SQMS)로 지정돼 향후 구축할 양자 데이터센터(Quantum Data Center) 개념의 토대를 마련한다는 구상이다. 이곳에서는 다수의 양자 프로세서를 연결하고 초저온 냉각 기술을 개선해 대규모 양자 시스템의 안정적 운용을 가능하게 하는 것을 목표로 한다. 아르곤 국립연구소는 큐넥스트(Q-NEXT) 프로젝트를 통해 양자 알고리즘과 칩 간 연산 확장 기술을 개발한다. 큐넥스트는 양자칩 간 연결성과 신뢰성을 높여 도시 간·연구소 간 양자연결망의 기반이 되는 연구로 미래 양자 네트워크와 초정밀 센서 기술을 구현할 계획이다. 양자시스템가속기(QSA) 센터로 지정된 로렌스버클리 국립연구소는 중성원자, 이온, 초전도 회로 등 다양한 플랫폼을 결합해 대규모 양자컴퓨터 실현을 목표로 한다. 더불어 양자연산의 정확도를 높이는 오류 보정 기술을 고도화하고 물리학, 화학, 재료과학 등 DOE의 핵심 연구 과제에서 복잡한 문제를 해결하는 역할을 담당한다. 오크리지 국립연구소는 양자과학센터(QSC)로 양자 기술과 고성능컴퓨팅(HPC)을 결합한 양자 가속 컴퓨팅 분야를 개척한다. 또한 양자와 고전 컴퓨터가 함께 작동하는 하이브리드 워크플로우 환경을 위한 오픈소스 소프트웨어를 개발해 과학 전반의 연구 속도를 가속화할 계획이다. DOE의 다리오 길 과학담당 차관은 "양자과학은 향후 세대를 이끌 차세대 기술 패러다임"이라며 "이번 투자는 미국이 세계에서 가장 혁신적인 양자 연구 네트워크를 유지하기 위한 결정적 발판이 될 것"이라고 밝혔다.

2025.11.05 10:04남혁우

안덕근 산업 장관, 美 상호관세·민감국가 목록 등 통상현안 논의차 방미

산업통상자원부는 안덕근 장관이 미국 상호관세·민감국가 목록 등 대미 통상현안을 논의하기 위해 20일부터 21일(현지시간)까지 미국 워싱턴 D.C.를 방문, 상무부와 에너지부 장관 등 주요 인사를 면담할 예정이라고 밝혔다. 안 장관은 지난 2월 방미와 정인교 통상교섭본부장의 13~14일 방미에 이어, 미국 측이 관세 조치를 발표할 것으로 보이는 4월 2일 이전에 하워드 러트닉 미국 상무부 장관을 다시 만나 관세 조치 관련 우리 정부 입장을 재차 전달하고, 그간 국내 기업의 대미 투자 등 상호호혜적 협력을 통한 미국 경제에 대한 기여도를 강조하며 우리나라에 대한 비차별적 대우를 적극 요청할 예정이다. 안 장관은 또 크리스 라이트 미국 에너지부 장관 취임 이후 첫 회담을 갖고, 원전·에너지 공급, 전력인프라 등 다양한 분야에서 에너지 안보를 강화할 수 있는 협력방안을 논의하는 한편, 민감국가 지정 문제의 조속한 해결을 위한 방안을 모색할 계획이다. 안 장관은 “한미 간 투자·교역 등 협력을 통해 양국의 산업 생태계가 밀접하게 관련돼 있다”며 “조선·에너지·첨단산업 등 전략 산업에서 한미 협력이 매우 중요한 상황이기 때문에 관세 조치 등 미국 통상정책으로 인한 우리 기업에 대한 부정적인 영향이 최소화될 수 있도록 미국 측에 당부할 예정”이라고 밝혔다.

2025.03.19 17:09주문정

한-미 원자력 수출·협력 원칙에 관한 기관 간 약정 체결

산업통상자원부 외교부는 8일(현지시간) 미국 에너지부 및 국무부와 '한·미 원자력 수출 및 협력 원칙에 관한 기관 간 약정(MOU)'을 체결했다. 서명식은 안덕근 산업부 장관과 제니퍼 그랜홈 미국 에너지부 장관 임석한 가운데 이호현 산업부 에너지정책실장과 권기환 외교부 글로벌다자외교조정관, 앤드류 라이트 에너지부 국제협력 차관보, 엘리어트 강 국무부 국제안보·비확산 차관보가 참석한 가운데 이뤄졌다. 이날 약정 체결은 지난해 11월 양국 기관이 가서명한 내용을 최종적으로 확정한 것이다. 이날 MOU는 양국 간 원자력 평화적 이용 촉진을 위한 원전 협력 원칙을 재확인하고 제3국으로 민간 원자력 기술 이전 시 정보 공유 체계를 마련함으로써 양국 간 수출통제 협력을 강화하는 것을 골자로 하고 있다. 산업부 관계자는 “한미 양국은 70년 넘게 민간 원자력 분야에서 협력해 왔으며, 이러한 협력의 초석은 최고 수준의 원자력 안전·안보·안전조치와 비확산 기준에 따라 원자력의 평화적 이용을 극대화하기 위한 양국의 상호 헌신을 반영한다”고 전했다. 이번 MOU는 민간 원자력 기술에 대한 양국의 수출통제 관리를 강화하는 가운데 제3국의 민간 원자력 발전 확대를 위한 양측 기관 간 협력 프레임워크를 제공한다. 또 양국이 원자력 분야 새로운 기술 등장에 효과적으로 대응할 수 있는 협력 경로가 될 전망이다. 산업부 측은 이번 MOU 서명은 '글로벌 포괄 전략동맹'으로서 양국 간 깊은 신뢰에 기반해 앞으로 글로벌 시장에서 양국 간 호혜적 협력을 촉진하는데 기여할 것으로 기대했다.

2025.01.09 15:23주문정

한미 첨단산업·청정에너지 협력 확대…대미 투자기업 지원 논의

반도체 등 첨단산업 협력을 논의하는 '제2차 한미 공급망·산업 대화(SCCD)'와 한미일 산업장관회의가 상반기 중 개최될 전망이다. 미국을 방문 중인 안덕근 산업통상자원부 장관은 지나 러몬도 상무장관, 제니퍼 그랜홈 에너지 장관과 첨단산업·청정에너지 협력 방안을 논의하고, 국내 기업의 주요 투자 지역 상하원 의원, 무역·통상을 담당하는 세입위 의원 등을 만나 우리기업의 원활한 투자를 위한 지원을 당부했다. 취임 후 처음으로 미국을 방문한 안 장관은 지난해 4월 한미 정상회담으로 강화된 양국 협력 모멘텀을 발전시키기 위해 산업·에너지를 담당하고 있는 미 상무부와 에너지부를 만나 다양한 협력 방안을 논의했다. 러몬도 상무장관과는 제2차 한미 SCCD를 상반기에 개최해 반도체 등 첨단산업 협력을 강화해 나가기로 했다. IPEF 등 다자체제에서의 양자 협력에 대해서도 논의했다. 지난해 8월 캠프데이비드에서 한미일 3국 정상이 합의한 한미일 산업장관회의 제1차 회의도 상반기에 개최하기로 합의했다. 또 무역구제 이슈 등 기업의 통상 현안 해소를 위한 노력을 전개하는 한편, 미 인플레이션감축법(IRA)·반도체법 관련 우리 측 관심사항을 전달하고, 국내 기업의 미국 내 활동 관련 애로사항에 대한 미 상무부 차원의 관심과 협조를 당부했다. 에너지부 장관과는 지난해 4월 이후 1년 만의 장관급 회담을 가졌다. 한미 에너지 분야 협력 강화를 위한 장관급 협의체 활성화 필요성에 공감하고, 수소·재생에너지·원전 등 포괄적인 청정에너지 협력을 논의했다. 안 장관은 또 대미 투자 중인 국내 기업에 차별 없는, 충분한 보조금과 세액공제 혜택을 위해 미국 행정부와 의회에 협조를 당부했다. 특히 국내 기업의 미국 공장 설립과 운영에 필요한 인력 적기 파견을 위한 비자 문제 해결 필요성을 강조했다. 안덕근 산업부 장관은 “앞으로 상무부·에너지부와 긴밀한 협력을 통해 양국 간 협력 모멘텀을 강화해 나갈 것”이며 “특히 한미 경제협력의 주역인 우리 기업의 원활한 대미 투자와 이익 극대화를 위해 지속해서 노력할 것”이라고 밝혔다.

2024.04.13 07:46주문정

안덕근 산업 장관, 미국 방문…IRA·반도체법 등 통상 현안 논의

산업통상자원부는 안덕근 장관이 미국과 첨단산업·에너지 분야 협력 방안을 논의하기 위해 10일 출국했다고 밝혔다. 안덕근 장관의 이번 미국 방문은 취임 이후 첫 번째로 상무부와 에너지부 장관을 포함한 행정부, 의회, 주요 씽크탱크 핵심 인사를 만나 한미 첨단산업·에너지 협력방안과 통상 현안을 폭넓게 논의할 예정이다. 한미 양국은 지난해 4월 대통령 국빈 방미 계기로 한미 장관급 산업·공급망 대화(SCCD), 한미 에너지장관 회담 등을 통해 반도체 등 첨단산업 분야 협력, 청정에너지 분야 협력 등에 합의한 바 있다. 안 장관은 이번 방미에서 첨단산업·청정에너지 협력 강화 방안을 논의하는 한편, 미국 반도체 보조금, 인플레이션 감축법(IRA) 인센티브 관련 협의도 진행할 예정이다. 이어 미국 현지에 진출한 국내 기업의 대미 투자 애로를 점검하는 한편, 기업의 원활한 대미 투자활동을 지원하기 위해 의회 주요 인사들을 만나 협조를 요청할 계획이다. 또 한미 관계의 심화·발전 방안을 모색하기 위해 주요 씽크탱크를 방문해 의견을 교환할 계획이다. 안덕근 장관은 “한미 양국이 경제안보동맹, 첨단산업·공급망 동맹으로 발전하면서 어느 때보다 긴밀한 협력 관계에 있다”며 “이 같은 협력 관계를 더욱 강화해나가기 위해 앞으로도 미 상무부·에너지부 등과 지속해서 협력하고 성과를 만들어 나갈 것”이라고 밝혔다.

2024.04.11 02:45주문정