中 양자컴퓨팅 투자 “미국의 10배 이상”

최근 구글의 최초 ‘양자 우위’ 달성 등 급발전하고 있는 양자 기술이 국가 안보에 현실적 위협이 될 수 있다는 주장이 제기됐다.

미국 허드슨 연구소 양자 동맹 이니셔티브(Hudson Institute’s Quantum Alliance Initiative) 책임자 아서 허먼(Arthur Herman)은 “양자컴퓨터 경쟁 우위는 미국 국가안보에 결정적”이라며 “(양자컴퓨터는) 대다수의 기존 공개키 암호화 시스템 해독에 최적”이라고 월스트리트저널 기고에서 밝혔다.

양자우위(quantum supremacy)는 양자컴퓨터가 기존 슈퍼 컴퓨터로는 불가능할 정도의 빠른 속도로 특정 연산을 수행 할 수 있다는 것을 의미한다.

구글은 시카모어(Sycamore) 양자 칩이 200초 만에 슈퍼컴퓨터로 1만년이 걸리는 수학적 계산을 풀었다고 네이처 논문에서 보고했다. 경쟁업체 IBM은 구글의 주장이 과장됐으며 미국 오크리지 국립연구소(Oak Ridge National Laboratory)의 세계에서 가장 강력한 고전컴퓨터 ‘Summit OLCF-4’가 2.5일 만에 같은 계산을 할 수 있다고 주장했다. 양자 칩이 고전 컴퓨터의 1.5조배가 아닌 수천배정도 빠른 수준이라는 대략적인 계산이다.

양자 컴퓨터는 정보를 처리하기 위해 디지털 컴퓨터는 이진수(0 및 1)에 해당하는 비트를 사용한다. 양자컴퓨터 큐비트(qubits)는 양자물리학의 확률적 특성을 활용, 0과 1을 동시에 지니며 더 복잡한 데이터를 인코딩 할 수 있다. 큐비트 수가 증가함에 따라 컴퓨팅 성능이 기하 급수적으로 증가해 ‘Sycamore’ 54큐비트 칩은 최고의 슈퍼 컴퓨터를 능가 할 수 있었다.

2000~4000 큐비트 양자 컴퓨터가 나오면 은행 및 신용카드에서 전력망에 이르는 응용 프로그램에 사용되는 대부분의 공개키 암호화 아키텍처를 더 이상 사용할 수없다. 기존 컴퓨터가 인수분해 할 수 없었던 큰 숫자도 양자 컴퓨터는 순식간에 가능하다.

양자 컴퓨터를 만드는 것은 매우 힘든 일이다. 절대 온도가 0에 가까운 온도에서 큐 비트를 안정화하려면 비용이 많이 드는 인프라가 필요하다. 높은 오류율 또는 “양자 노이즈(quantum noise)”도 문제다.

허먼 박사는 “일단 과학자와 엔지니어들이 양자 컴퓨터를 사용해 차세대 양자 컴퓨터를 만들기 시작하면 개발자들은 아마도 모든 사람이 걱정하는 대규모 코드를 뚫는 양자 컴퓨터 개발이 빠르게 단축 될 수 있다”고 지적했다.

중국, 양자 컴퓨팅 경쟁자

중국은 양자 컴퓨터 연구비로 1년에 최소 25억 달러를 투자한다. 이는 미국의 10배 이상 규모로 허페이에 대규모 양자 센터가 있다. 중국은 코드를 깨는 ‘킬러 앱’을 개발하고자한다. 미국 데이터와 네트워크를 보호하는 것이 중요한 이유다.

미 의회는 지난해 말 5년에 걸쳐125억 달러를 추가로 부담하는 국가 양자구상법을 제정했다. 그럼에도 이는 여전히 중국에 비하면 작은 일부다.

허먼은 “미국은 더 많은 돈 외에도 미래의 양자 공격으로부터 미국의 데이터, 네트워크, 인프라를 보호하고 방어하기 위한 3단계 국가 안보 전략이 필요하다”고 주장했다.

그가 제시하는 3단계 전략은 이렇다.

첫째, 양자 침해를 막을 수 있을 만큼 크고 복잡한 알고리즘에 기반한 암호화 방법을 개발하는 것이다. 미국 국립표준기술원(NIST)은 2024년까지 이들 양자 내성 알고리즘에 대한 종합적인 표준을 정하기 위해 노력하고 있다. 미국, 캐나다의 기업들은 이미 알고리즘과 보호 수단을 구축하고 있다.

둘째, 양자 기술 자체를 사용해 미래의 “해킹할 수 없는” 네트워크를 만든다. 양자 컴퓨팅을 가능하게 하는 동일한 입자가 양 당사자 간에 공유되는 정보를 확보하는 방법인 양자 난수 생성기와 양자 키 분배의 형태로 암호화된 전송에 무작위 키와 사용할 수 없는 키를 제공할 수 있다. 미국, 스위스, 한국, 호주 등은 새로운 양자 기반 정보기술 인프라를 기업에서 구축 중이다. 결국 여기에는 암호화된 데이터를 전송하기 위해 양자 키를 사용하는 위성이 포함될 것이다.

중국도 빠르게 움직였다. 2016년 세계 최초로 양자위성을 쏘아올린 데 이어 우주에서 중국-오스트리아 비엔나의 연구단까지 양자암호화된 대륙 간 비디오 링크를 만들어 세계를 놀라게 했다. 중국은 또 중국 군사정보통신 등 민감한 데이터를 전송하는 초고화질 네트워크를 제공하는 중계국 간 양자암호키를 이용해 베이징과 상하이 사이에 1,263마일의 지상 연결망을 구축했다.

셋째, 5G 기술을 포함한 미국의 모든 데이터와 네트워크는 양자 공격으로부터 안전하면서도 미래 해킹이 불가능한 양자 통신 네트워크를 구축하기 위한 자원의 집중이 필요하다. 미국의 가장 가까운 동맹국들과 양자와 탈양자(postquantum) 기술서 중요한 혁신을 만들 필요가 있다.

양자동맹 구상은 미국과 동맹국들, 글로벌 업체들과 대학들의 컨소시엄을 통한 협력촉진의 핵심 사명이었다. 양자 난수 생성과 양자 키 분배 등 관련 기술에서 구글, IBM과 마이크로소프트 등 기술 회사들과 협력하는 연방 정부에서 리더십은 어느 때보다도 더 긴요하다. 구글의 양자컴퓨터 돌파구는 양자 기술의 위협뿐만 아니라 기회를 가지고 있는 21세기 안보 문제가 될 준비가 되어 있음을 입증한다.