양자 컴퓨팅 산업의 패권 경쟁과 미래 전망

1. 서론: AI를 넘어, 차세대 기술 패권의 서막

2025년은 유엔(UN)이 지정한 ’세계 양자 과학 기술의 해’이다.1 이는 양자 기술이 학술적 탐구의 영역을 넘어 인류의 미래를 바꿀 핵심 동력으로 공식 인정받았음을 의미한다. 인공지능(AI) 기술의 폭발적 성장이 기존 컴퓨팅 패러다임의 한계를 드러내면서, 그 한계를 돌파할 유일한 대안으로 양자 컴퓨팅이 부상하고 있다.3 양자 컴퓨팅은 더 이상 먼 미래의 개념이 아니라, 산업과 정책, 그리고 자본의 흐름이 집중되는 ’현실 세계’의 기술로 자리 잡고 있다.1 본 보고서는 글로벌 시장의 거시적 동향부터 핵심 기업들의 미시적 전략, 대한민국의 현주소와 기술적 과제, 그리고 산업별 파급효과에 이르기까지 양자 컴퓨팅 산업의 다층적 현실을 입체적으로 분석하고 미래 기술 패권의 향방을 전망하고자 한다.

보고서는 총 5개의 장으로 구성된다. 제1장에서는 글로벌 양자 컴퓨팅 시장의 규모와 경쟁 구도를 조망하고, 제2장에서는 IBM, 구글 등 시장을 주도하는 핵심 기업들의 전략을 심층 분석한다. 제3장에서는 글로벌 경쟁 속에서 대한민국 양자 기술의 현주소를 진단하며, 제4장에서는 상용화의 핵심 열쇠인 기술적 난제와 로드맵을 다룬다. 마지막으로 제5장에서는 양자 컴퓨팅이 가져올 산업 지형의 변화와 경제적 파급효과를 전망하며, 이를 바탕으로 미래를 향한 전략적 제언을 제시할 것이다.

2. 글로벌 양자 컴퓨팅 전장(戰場): 새로운 경쟁의 시대

양자 컴퓨팅 시장은 거시적 관점에서 폭발적인 성장 잠재력을 바탕으로 빅테크, 전문 스타트업, 그리고 국가 단위의 치열한 경쟁이 전개되는 새로운 전장으로 변모하고 있다. 본 장에서는 시장의 성장 동력을 분석하고, 경쟁의 3각 구도를 입체적으로 조망하여 글로벌 패권 경쟁의 지정학적 지형도를 분석한다.

2.1 시장 규모 및 성장 전망: 폭발적 성장의 서막

다수의 시장조사기관은 글로벌 양자 컴퓨팅 시장이 향후 10년간 연평균 30%를 상회하는 폭발적인 성장세를 보일 것으로 예측한다.4 구체적인 수치에는 기관별로 편차가 존재하지만, 성장 방향성에 대해서는 이견이 없다. 2024년 시장 규모는 약 11억 6천만 달러에서 16억 6천만 달러 수준으로 추산되며, 2030년대 초반에는 110억 달러에서 206억 달러 규모로 성장할 전망이다.6 장기적으로는 2037년 641억 달러 4, 2040년에는 최대 1,060억 달러에 이를 것이라는 관측도 나온다.5

이러한 초고속 성장은 복합적인 동력에 의해 추동된다. 첫째, 미국, 중국, EU 등 주요국 정부가 양자 기술을 국가 안보와 직결된 핵심 전략 기술로 인식하고 막대한 R&D 예산을 투입하고 있다.6 둘째, AI 기술이 고도화되면서 기존 컴퓨터로는 해결이 어려운 대규모 연산 수요가 급증하고 있으며, 양자 컴퓨팅이 그 해결책으로 주목받고 있다.3 마지막으로 신약 개발, 금융 포트폴리오 최적화, 신소재 개발 등 핵심 산업 분야에서 양자 컴퓨팅의 잠재적 활용 가치에 대한 기대감이 높아지며 민간 투자를 견인하고 있다.5

시장 예측치의 편차는 이 기술이 가진 양면성을 동시에 보여준다. 상용화의 핵심인 ‘내결함성(fault-tolerance)’ 기술 확보 시점이 불투명하다는 ’기술적 불확실성’이 예측 모델의 편차를 유발하는 주된 요인이다. 그러나 모든 기관이 공통적으로 30% 이상의 높은 연평균 성장률(CAGR)을 제시하는 것은, 현재의 기술적 난관에도 불구하고 시장이 양자 기술의 ‘파괴적 혁신’ 잠재력을 매우 높게 평가하고 있음을 방증한다. 즉, 예측치의 편차는 리스크를, 높은 성장률은 기회를 나타내는 지표로, 현재 양자 컴퓨팅 산업이 ‘고위험-고수익’ 특성을 지닌 초기 기술 시장의 전형적인 모습을 보이고 있음을 시사한다.

[표 1] 글로벌 양자 컴퓨팅 시장 전망 비교

주: 보고서별 예측 기간 및 기준 통화가 상이하여 직접 비교에는 한계가 있으나, 전반적인 성장 추세를 파악하는 데 유용하다. 4

2.2 경쟁 구도 분석: 3각 편대의 각축전

글로벌 양자 컴퓨팅 시장의 경쟁은 크게 세 그룹의 플레이어들이 주도하는 ‘3각 편대’ 양상을 띤다.

• 빅테크 (Big Tech): IBM, 구글, 마이크로소프트, 아마존 웹 서비스(AWS) 등 글로벌 빅테크 기업들은 막대한 자본력과 연구 인력, 그리고 클라우드 인프라를 바탕으로 시장을 선도하고 있다.7 이들은 하드웨어 원천 기술 개발부터 소프트웨어 프레임워크, 클라우드 기반 서비스(AWS Braket, Azure Quantum)에 이르는 수직적 생태계를 구축하며 시장 지배력을 강화하고 있다.3

• 전문 스타트업 (Specialized Startups): IonQ, Rigetti Computing, D-Wave Systems, Quantinuum, PsiQuantum 등은 특정 기술 분야에서 깊이 있는 전문성을 무기로 빅테크와 경쟁하고 있다.5 이들은 이온 트랩(IonQ, Quantinuum), 초전도(Rigetti), 양자 어닐링(D-Wave) 등 각기 다른 기술 노선에서 차별화된 강점을 내세우며, 나스닥 상장 등을 통해 대규모 자본을 유치하고 상용화에 속도를 내고 있다.10

• 정부 및 연구기관: 각국의 국립 연구소와 주요 대학들은 장기적인 관점에서 원천 기술을 개발하고 핵심 인재를 양성하는 역할을 담당한다.9 이들은 산업계와 협력하며 양자 생태계의 근간을 이루는 핵심 주체다.

2.3 지정학적 지형도: 미-중 기술 패권 경쟁의 새로운 전선

양자 컴퓨팅 기술은 AI, 반도체에 이어 미-중 기술 패권 경쟁의 핵심 전선으로 부상하고 있다.

• 미국: 2018년 세계 최초로 ’국가 양자 이니셔티브법(NQI Act)’을 제정하고, 2022년 백악관 산하에 전담 위원회를 설치하는 등 정부 차원에서 체계적인 연구 개발을 주도하고 있다.10 민간 기업들의 혁신을 뒷받침하며 기술 표준과 생태계의 주도권을 확보하려는 전략을 구사한다.

• 중국: 정부 주도로 150억 달러에 달하는 세계 최대 규모의 공공 투자를 집행하며 ’양자 굴기’에 나서고 있다.11 특히 2020년 자체 양자컴퓨터 ’주장(Jiuzhang)’과 ’주충즈(Zuchongzhi)’를 통해 ’양자 우월성’을 달성했다고 발표했으며, 세계 최초의 양자 통신 위성 ’묵자호’를 발사하는 등 양자 통신 분야에서 세계를 선도하고 있다.10

• EU 및 기타 국가: 유럽연합(EU)은 ‘퀀텀 플래그십(Quantum Flagship)’ 프로그램을 통해 10년간 10억 유로 이상을 투자하며 미국과 중국에 대한 기술 의존도를 낮추고 독자적인 기술 주권을 확보하기 위해 노력하고 있다.9 일본, 영국 등 다른 기술 선도국들 역시 국가 양자 전략을 수립하고 투자를 확대하며 경쟁에 뛰어들고 있다.7

3. 퀀텀 타이탄: 글로벌 선도 기업 전략 분석

글로벌 양자 컴퓨팅 경쟁은 각기 다른 기술 철학과 로드맵을 가진 ’퀀텀 타이탄’들에 의해 주도되고 있다. 이들의 경쟁은 단순히 하드웨어의 성능을 넘어, 개발자와 사용자를 끌어들이는 플랫폼 생태계 구축 전쟁으로 진화하고 있다.

3.1 초전도 큐비트 선봉장: IBM과 구글

초전도 큐비트 방식은 반도체 공정과의 유사성을 바탕으로 큐비트 수 확장 경쟁을 주도하고 있다.

• IBM: 2023년 1,121개의 큐비트를 집적한 ‘콘도르(Condor)’ 칩을 공개하며 업계 최초로 1,000 큐비트의 장벽을 돌파했다.10 양적 확장을 넘어, 2029년까지 200개의 안정적인 논리 큐비트를 갖춘 오류 내성 양자 시스템 ‘퀀텀 스탈링(Quantum Starling)’ 개발 로드맵을 발표하며 질적 성장을 동시에 추구하고 있다.19 최근에는 GPU와 양자컴퓨터를 결합한 하이브리드 상용 서비스를 출시하며 실용적 응용 사례 발굴에 집중하고 있으며 19, 오픈소스 소프트웨어 프레임워크 ’퀴즈킷(Qiskit)’을 통해 세계에서 가장 강력한 개발자 생태계를 구축했다는 평가를 받는다.20

• 구글: 2019년 53큐비트 ‘시커모어(Sycamore)’ 칩으로 슈퍼컴퓨터의 성능을 뛰어넘는 ’양자 우월성’을 세계 최초로 주장하며 기술 리더십을 과시했다.17 최근에는 양자 오류 수정 성능을 획기적으로 개선한 ‘윌로우(Willow)’ 칩을 발표하며, 상용화의 최대 난제인 내결함성 문제 해결에 연구 역량을 집중하고 있다.3 AI 반도체 선두 주자인 엔비디아와의 협력을 통해 양자-고전 하이브리드 시스템 개발에도 적극적으로 나서고 있다.3

3.2 이온 트랩의 도전자들: IonQ와 퀀티뉴엄(Quantinuum)

이온 트랩 방식은 큐비트의 안정성과 정확도를 강점으로 내세우며 초전도 방식의 대안으로 부상하고 있다.

• IonQ: 큐비트의 양적 개수보다 실제 알고리즘 연산에 기여하는 큐비트의 질을 평가하는 독자적인 지표 ’알고리즘 큐비트(#AQ)’를 통해 기술적 우위를 강조한다.20 이온 트랩 방식은 초전도 방식에 비해 연산 충실도가 높고 결맞음 시간이 길다는 장점이 있다.3 AWS, 마이크로소프트 애저(Azure) 등 주요 클라우드 플랫폼을 통해 서비스를 제공하는 ‘팹리스(fabless)’ 비즈니스 모델로 시장 접근성을 극대화하고 있다.3

• 퀀티뉴엄(Quantinuum): 하니웰(Honeywell)의 양자 사업부와 소프트웨어 기업 케임브리지 퀀텀(Cambridge Quantum)이 합병하여 탄생한 기업으로, 하드웨어와 소프트웨어 역량을 통합한 시너지를 추구한다.7 독자적인 ‘양자 전하 결합 소자(Quantum Charge-Coupled Device, QCCD)’ 아키텍처를 기반으로 한 H-시리즈 양자컴퓨터는 모든 큐비트 간의 상호 연결을 지원하는 등 뛰어난 유연성을 자랑한다. 2024년에는 양자컴퓨터의 종합 성능 지표인 ’양자 볼륨(Quantum Volume)’에서 세계 최고 기록인 220(1,048,576)을 달성하며 이온 트랩 방식의 높은 잠재력을 입증했다.24

3.3 풀스택(Full-Stack) 혁신가: 리게티 컴퓨팅(Rigetti Computing)

리게티는 자체적으로 양자 칩을 설계·제조하고, 이를 기반으로 한 클라우드 플랫폼 ’포레스트(Forest)’를 통해 통합 솔루션을 제공하는 ‘풀스택’ 모델을 지향한다.26 이는 하드웨어와 소프트웨어의 수직적 통합을 통해 성능을 최적화하고, 자사 플랫폼에 사용자를 묶어두는 ‘락인(Lock-in)’ 효과를 통해 안정적인 수익 모델을 구축하려는 전략이다.26 최근 출시한 Novera QPU를 통해 기술 경쟁력을 강화하고 있다.26

3.4 차세대 플랫폼과 특화 기업

• D-Wave Systems: 양자 어닐링(Quantum Annealing)이라는 독특한 방식을 사용한다. 이는 범용 양자컴퓨팅이 아닌, 최적화 문제 해결에 특화된 방식으로, 상용화 측면에서는 가장 앞서 있다는 평가를 받는다.4

• Pasqal, QuEra: 중성원자(Neutral Atom)를 큐비트로 사용하는 스타트업이다. 중성원자는 2차원 또는 3차원 배열이 용이하여 큐비트 확장성 측면에서 큰 잠재력을 가진 것으로 주목받고 있다.20

• Xanadu: 빛의 최소 단위인 광자(Photonics)를 큐비트로 활용한다. 극저온 환경이 필요 없는 상온 구동 가능성을 장점으로 내세우며 차세대 플랫폼 경쟁에 참여하고 있다.20

경쟁의 본질은 단순히 더 많은 큐비트를 집적하거나 더 정확한 연산을 수행하는 하드웨어 성능 경쟁에서, 개발자와 사용자를 자사의 플랫폼으로 끌어들이는 ’생태계 전쟁’으로 이동하고 있다. IBM의 퀴즈킷이나 구글의 서크(Cirq)와 같은 소프트웨어 개발 키트, 그리고 AWS와 애저 같은 클라우드 플랫폼의 등장은 이러한 변화를 명확히 보여준다.3 개발자들은 한번 익숙해진 플랫폼을 쉽게 바꾸지 않으며, 이는 강력한 ’전환 비용’을 유발한다. 이는 과거 PC 시장의 운영체제(OS) 전쟁이나 현재 클라우드 시장의 경쟁 구도와 유사하다. 따라서 양자 컴퓨팅 시대의 최종 승자는 가장 강력한 하드웨어를 개발하는 기업이 아니라, 가장 활성화된 개발자 커뮤니티와 가장 넓은 클라우드 접근성을 제공하여 ‘사실상의 표준(de facto standard)’ 플랫폼을 구축하는 기업이 될 가능성이 높다.

4. K-퀀텀의 도약: 대한민국 양자 컴퓨팅 현주소와 과제

글로벌 기술 패권 경쟁이 심화되는 가운데, 대한민국 역시 ‘K-퀀텀’ 생태계 조성을 위해 민관이 역량을 결집하고 있다. 후발주자로서의 한계를 극복하고 글로벌 공급망의 핵심 플레이어로 도약하기 위한 독자적인 전략이 요구되는 시점이다.

4.1 K-퀀텀 스타트업의 부상: 틈새 시장을 공략하는 강소기업

대한민국 양자 스타트업들은 글로벌 빅테크와의 정면 대결을 피하고, 하드웨어 제조, 소프트웨어, 보안 등 특정 틈새시장에서 독자적인 기술력을 바탕으로 경쟁력을 확보하고 있다.

• 하드웨어 제조 (SDT): 국내에서 유일하게 양자컴퓨터 완제품을 제조하는 ODM(제조자 개발생산) 기업으로 독보적인 위치를 차지하고 있다.10 글로벌 기업들이 핵심 부품인 QPU(양자처리장치) 개발에 집중하는 동안, SDT는 이를 활용하여 완제품 시스템을 통합하고 제작하는 역할을 수행한다. 최근 말레이시아 정부와 1,000큐비트급 양자컴퓨터 구축 계약을 체결하는 등 글로벌 시장에서도 기술력을 인정받고 있다.10

• 소프트웨어/알고리즘 (큐노바, 퀀텀인텔리전스): 현재의 불완전한 양자컴퓨터(NISQ)의 성능을 극대화하는 소프트웨어와 알고리즘 개발에 주력한다.28 KAIST 교원 창업 기업인 큐노바는 기존 알고리즘보다 1,000배 이상 빠른 양자 솔루션을 개발했으며 28, 퀀텀인텔리전스는 신약 개발 플랫폼에 특화된 솔루션을 제공하며 버티컬 시장을 공략하고 있다.28

• 양자 보안: 양자컴퓨터 상용화 시 기존 암호체계가 무력화될 위험에 대비한 양자내성암호(PQC) 및 양자암호통신(QKD) 분야 역시 중요한 축을 형성하고 있다. 드림시큐리티, SK텔레콤, 코위버, KT 등이 관련 기술을 개발하며 시장에 참여하고 있다.30

4.2 국가 연구개발의 심장: KRISS와 KIST

대한민국 양자 기술 연구는 정부출연연구기관이 중심축 역할을 하고 있다.

• 한국표준과학연구원(KRISS): 2022년부터 4년간 490억 원을 투입하여 50큐비트급 초전도 양자컴퓨터를 자체적으로 구축하는 국가 플래그십 프로젝트를 주도하고 있다.31 또한, 큐비트의 불안정성을 줄이고 집적도를 높일 수 있는 ’단일전자 기반 양자 정보 기술’을 세계적 수준으로 개발하여 양자컴퓨터 성능 향상을 위한 핵심 원천 기술을 확보했다.32

• 한국과학기술연구원(KIST): 국내 양자 연구의 선구자로서, 특히 유선 양자암호통신 기술의 상용화와 국제 표준화 활동을 주도해왔다.18 최근에는 중소벤처기업부의 ’초격차 스타트업 1000+ 프로젝트’를 통해 SDT, 큐노바 등 유망 스타트업과 협력하며 연구 성과를 산업 생태계로 확산시키는 데 기여하고 있다.28

4.3 정부의 청사진: ‘퀀텀 이니셔티브’ 정책 분석

정부는 양자 기술을 AI, 반도체, 바이오와 함께 4대 미래 기술 ’게임 체인저’로 선정하고 국가적 역량을 총동원하고 있다.

• 대규모 예산 투입: 2025년 양자과학기술 분야 정부 R&D 예산을 전년 대비 54.1% 증액한 1,980억 원으로 대폭 확대했다.38 이는 글로벌 선도국과의 기술 격차(81.3% 수준)를 조기에 해소하려는 강력한 의지의 표명이다.43

• 정책 방향 및 거버넌스: ‘퀀텀 이니셔티브’ 전략을 통해 2035년까지 양자 기업 1,200개 육성, 핵심 인력 5배 확대 등 구체적인 목표를 제시했다.44 정책의 실행력을 높이기 위해 국무총리를 위원장으로 하는 범부처 ’양자전략위원회’를 신설하여 컨트롤 타워를 구축했다.44

• 세부 사업: 예산은 ▲양자컴퓨팅 서비스 및 활용체계 구축(4년간 496억 원) ▲핵심 소자·부품·장비 원천기술 개발 ▲양자통신 및 양자센서 기술 개발 ▲산학연 협력 연구거점 구축 ▲인력 양성 및 국제 협력 등 기술 개발부터 산업화, 인재 양성까지 전 주기를 아우르도록 배분되었다.39

미국이나 중국과 같이 전방위적인 투자를 통해 자체적으로 모든 기술 스택을 개발하는 것은 한국의 현실과 맞지 않다. 국내 스타트업들의 비즈니스 모델과 정부의 예산 배분 내역을 종합해 볼 때, 한국의 전략은 ‘완결된 시스템’ 자체를 만들기보다는 글로벌 양자 생태계에서 대체 불가능한 ’핵심 요소 기술’을 공급하는 플레이어가 되는 것에 초점이 맞춰져 있다. SDT는 ‘제조 및 통합’, 큐노바는 ‘소프트웨어 최적화’, KRISS는 ’소자 원천 기술’에 집중하는 것이 그 방증이다. 이는 반도체 산업에서 한국이 메모리뿐만 아니라 파운드리, 장비, 소재 분야에서 핵심적인 역할을 수행하는 것과 유사한 ‘선택과 집중’ 전략이다. K-퀀텀의 성공은 IBM이나 구글을 추월하는 것이 아니라, 이들 거대 기업의 공급망에서 없어서는 안 될 핵심 파트너로 자리매김하는 것에 달려있다.

[표 3] 대한민국 양자 기술 핵심 주체 및 역할

[표 4] 2025년 대한민국 정부 양자 기술 예산 배분 현황 (주요 사업)

출처: 과학기술정보통신부 보도자료 39

5. 기술의 본질: 내결함성 양자 컴퓨터를 향한 여정

양자 컴퓨팅 상용화는 ’결맞음 붕괴’라는 근본적인 물리적 한계를 극복하는 과정이다. 현재 시장을 양분하는 기술 방식들은 각기 다른 장단점을 가지고 있으며, 모든 기업의 궁극적인 목표는 양자 오류를 완벽하게 제어하는 ‘내결함성’ 양자컴퓨터를 구현하는 것이다.

5.1 큐비트 플랫폼 대전(大戰): 초전도 vs. 이온 트랩

현재 양자컴퓨터 하드웨어 개발은 초전도와 이온 트랩, 두 방식이 주도하고 있다.

• 초전도 큐비트 (Superconducting Qubits):

• 특징: 반도체 공정 기술을 활용할 수 있어 대규모 집적, 즉 큐비트 수 확장에 유리하며 연산 속도가 빠르다는 장점이 있다.22

• 한계: 절대영도에 가까운 극저온 환경을 유지해야 하고, 외부 잡음에 매우 민감하여 양자 상태가 쉽게 깨지는(짧은 결맞음 시간) 치명적인 단점이 있다. 이는 높은 오류율로 이어진다.22 IBM과 구글이 이 방식을 주도하고 있다.10

• 이온 트랩 (Trapped Ions):

• 특징: 진공 상태에 이온을 가두고 레이저로 제어하는 방식으로, 큐비트 자체가 자연의 원자이므로 안정성이 매우 높다. 결맞음 시간이 초전도 방식보다 수천 배 이상 길고, 연산의 정확도(충실도)가 99.99% 이상으로 월등히 높다.23

• 한계: 연산 속도가 상대적으로 느리고, 현재 기술로는 수십 개 이상의 큐비트를 안정적으로 제어하며 확장하는 데 어려움이 있다.23 IonQ와 퀀티뉴엄이 대표적인 기업이다.10

[표 2] 주요 큐비트 기술 방식 비교 분석

출처: AWS 기술 블로그 등 종합 27

5.2 최대의 난관: 결맞음 붕괴와 양자 오류의 극복

양자 컴퓨팅 상용화의 가장 큰 기술적 허들은 ’양자 오류 수정(Quantum Error Correction, QEC)’이다.48 큐비트는 외부 환경과의 미세한 상호작용만으로도 중첩이나 얽힘 같은 양자적 특성을 잃어버리는 ’결맞음 붕괴(Decoherence)’를 겪는다.46 이로 인해 연산 과정에서 오류가 발생하며, 이 오류는 큐비트 수가 늘어날수록 기하급수적으로 증가하여 계산 결과를 무의미하게 만든다. 이를 해결하기 위해, 오류가 발생하기 쉬운 여러 개의 ’물리 큐비트’를 논리적으로 묶어 오류를 감지하고 수정할 수 있는 안정적인 하나의 ’논리 큐비트’를 만드는 QEC 기술이 필수적이다.20

현재의 ‘큐비트 수’ 경쟁과 ‘큐비트 질’ 경쟁은 피상적인 대립 구도처럼 보이지만, 결국 ‘논리 큐비트 효율성’ 경쟁으로 수렴될 것이다. 오류율이 높은 초전도 물리 큐비트는 하나의 논리 큐비트를 만들기 위해 수천, 수만 개가 필요할 수 있지만, 오류율이 낮은 이온 트랩 물리 큐비트는 수십, 수백 개만으로도 가능할 수 있다. 따라서 진정한 기술 경쟁력은 ’하나의 논리 큐비트를 얼마나 적은 수의 물리 큐비트로, 얼마나 효율적으로 구현하는가’에 달려있다. IBM이 LDPC 코드를, 구글이 서피스 코드를 연구하는 것은 바로 이 QEC 아키텍처 효율성 경쟁의 증거다.49 결국 물리 큐비트의 종류와 무관하게 가장 효율적인 QEC 아키텍처를 개발하는 기업이 확장성 경쟁에서 최종 승자가 될 것이다.

5.3 상용화 로드맵: NISQ 시대를 넘어 퀀텀 어드밴티지로

양자컴퓨터의 발전은 3단계 로드맵으로 그려볼 수 있다.

1. 현재 (NISQ 시대): 현재의 양자컴퓨터는 50~수백 큐비트 수준의 ‘잡음이 있는 중규모 양자(Noisy Intermediate-Scale Quantum, NISQ)’ 컴퓨터다.50 오류 수정 기능이 없어 복잡하고 긴 연산은 불가능하지만, 특정 최적화 문제 등에서 고전 컴퓨터를 능가할 가능성을 탐색하는 연구가 활발히 진행 중이다.

2. 중기 목표 (Quantum Advantage): 2020년대 후반에서 2030년대 초반, QEC 기술이 일부 적용되어 신약 개발, 금융 모델링 등 특정 산업 문제에서 기존 컴퓨터보다 실질적인 이점, 즉 ’양자 이득(Quantum Advantage)’을 제공하는 것을 목표로 한다.49 IBM과 구글 등은 2030년경 산업용 양자컴퓨터 출시를 목표로 하고 있다.49

3. 최종 목표 (Fault-Tolerant QC): 수만에서 수백만 개의 물리 큐비트를 사용해 완벽에 가까운 논리 큐비트를 구현하는 ’내결함성 양자컴퓨터’가 최종 목표다. 이 단계에 이르러야 기존 암호체계를 무력화할 수 있는 쇼어(Shor) 알고리즘 등 양자컴퓨팅의 모든 잠재력이 발현될 수 있다. IQM 등 일부 기업은 2030년 내결함성 컴퓨팅 달성을 목표로 구체적인 로드맵을 발표했다.52

6. 퀀텀 혁명: 산업별 응용과 경제적 파급효과

양자 컴퓨팅은 특정 산업의 R&D 패러다임을 근본적으로 바꾸고, 기존 기술로는 해결 불가능했던 복잡한 문제들을 풀어냄으로써 막대한 경제적 가치를 창출할 잠재력을 지니고 있다.

6.1 R&D 패러다임 전환: 신약 개발 및 신소재

양자컴퓨터의 가장 큰 파급효과가 기대되는 분야는 화학 및 생명과학이다. 양자컴퓨터는 분자 구조와 화학 반응을 양자역학적 수준에서 정확하게 시뮬레이션할 수 있는 유일한 도구다.12 이는 기존 슈퍼컴퓨터로는 수십 년이 걸리거나 아예 불가능했던 영역이다. 이를 통해 신약 후보물질 탐색 및 검증에 소요되는 시간과 비용을 획기적으로 단축할 수 있다. 이미 글로벌 제약사 모더나는 IBM과 협력하여 mRNA 백신 및 치료제 개발에 양자 기술을 활용하고 있다.54 또한, 고효율 배터리, 친환경 촉매 등 혁신적인 신소재 개발 속도를 앞당겨 에너지, 환경 문제 해결에도 기여할 수 있다.53 컨설팅 그룹 McKinsey는 2035년까지 제약/의료 및 소재 산업에서 양자컴퓨팅이 창출할 경제적 가치가 매우 클 것으로 전망했다.55

6.2 복잡성의 해결사: 금융 및 물류 최적화

양자컴퓨터는 수많은 변수를 동시에 고려해야 하는 복잡한 최적화 문제 해결에 탁월한 성능을 보인다.

• 금융: 수많은 금융 상품으로 구성된 투자 포트폴리오의 위험을 최소화하고 수익을 극대화하는 최적의 조합을 찾아내거나, 복잡한 파생상품의 가치를 정확하게 평가하는 데 활용될 수 있다.12 골드만삭스, JP모건 등 글로벌 금융 기관들은 이미 양자 알고리즘을 도입하기 위한 초기 연구를 진행하고 있다.5 한 보고서는 2035년까지 금융 분야에서만 약 6,220억 달러의 새로운 시장 가치가 창출될 수 있다고 예측했다.22

• 물류/제조: 전 세계 수많은 거점을 연결하는 공급망의 최적 경로를 찾거나, 수백 대의 항공기 운항 스케줄을 실시간으로 최적화하는 등 막대한 경우의 수를 계산해야 하는 문제에 적용되어 비용 절감과 효율성 증대에 크게 기여할 수 있다.1

6.3 AI와의 공생: 양자 머신러닝(QML)의 부상

양자컴퓨팅은 AI 기술 발전의 핵심적인 동반자가 될 것이다. 양자컴퓨터의 병렬 처리 능력을 머신러닝 알고리즘에 접목하는 ’양자 머신러닝(Quantum Machine Learning, QML)’은 기존 AI 모델의 학습 속도와 성능을 비약적으로 향상시킬 잠재력을 가진다. 이는 더 적은 데이터로 더 정교한 AI 모델을 개발하는 것을 가능하게 하여, 자연어 처리, 컴퓨터 비전, 자율주행 등 AI 기술 전반의 발전을 가속화할 것이다.2 AI 기술이 요구하는 기하급수적인 컴퓨팅 파워의 한계를 돌파할 열쇠로 양자컴퓨팅이 주목받는 이유다.3

양자 기술의 산업별 가치는 단기적 관점과 장기적 관점에서 다르게 발현될 것이다. 단기적으로는 현재의 NISQ 컴퓨터를 기존 슈퍼컴퓨터와 결합한 ’하이브리드 모델’을 통해 금융 최적화와 같은 문제에서 투자수익률(ROI)을 창출하는 것이 현실적인 접근법이다.12 양자 프로세서(QPU)가 문제의 가장 어려운 부분만 ’가속기’처럼 처리하는 이 방식은 기업들이 양자 기술에 점진적으로 대비하게 하는 중요한 징검다리 역할을 한다. 그러나 양자컴퓨팅의 진정한 파괴력은 내결함성 양자컴퓨터가 등장하여 분자 단위의 상호작용을 완벽하게 시뮬레이션할 수 있게 될 때 발현된다. 이는 신약, 신소재 개발 분야에서 ‘발견의 과정’ 자체를 바꾸는 패러다임 전환을 의미한다. 따라서 기업과 투자자는 단기적 가치와 장기적 파괴력을 동시에 고려하는 이중적(dual-track) 전략을 구사해야 한다.

7. 결론: 미래를 향한 전략적 제언

양자 컴퓨팅 산업은 빅테크와 전문 스타트업 간의 치열한 기술 경쟁, 미-중 중심의 국가적 패권 경쟁 속에서 폭발적인 성장을 앞두고 있다. 상용화의 핵심 열쇠는 ‘양자 오류 수정’ 기술 확보에 있으며, 경쟁의 본질은 하드웨어 성능을 넘어 플랫폼 생태계 구축으로 진화하고 있다. 대한민국은 ‘선택과 집중’ 전략을 통해 글로벌 공급망의 핵심 플레이어로 도약할 기회를 맞고 있다.

양자컴퓨팅은 단기적 성과에 일희일비할 단거리 경주가 아닌, 수십 년에 걸친 장기적 안목과 꾸준한 투자가 요구되는 마라톤이다. 현재의 기술적 난관은 상용화 과정에서 필연적으로 거쳐야 할 성장통으로 이해해야 한다. 이러한 관점에서 각 경제 주체는 다음과 같은 전략적 방향성을 고려해야 한다.

• 투자자: 단기적으로는 클라우드 플랫폼을 통해 구체적인 수익 모델을 제시하는 기업과 특정 산업 문제 해결에 특화된 소프트웨어 기업에 주목할 필요가 있다. 장기적으로는 핵심적인 양자 오류 수정 기술과 구체적인 확장성 로드맵을 보유한 하드웨어 원천 기술 기업에 대한 포트폴리오 관점의 투자가 유효하다.

• 기업(수요처): 지금 당장 ’양자 준비(Quantum-ready)’에 착수해야 한다. 클라우드 기반 양자 서비스에 소규모로 접근하여 내부 인력의 역량을 키우고, 자사의 핵심 비즈니스 문제 중 양자컴퓨터로 해결 가능한 문제를 정의하는 개념검증(PoC) 형태의 파일럿 프로젝트를 시작해야 한다.22 양자 기술이 성숙했을 때 빠르게 도입할 수 있는 준비 태세를 갖추는 것이 미래 경쟁력의 핵심이 될 것이다.

• 정책 입안자: R&D 예산 확대를 넘어, 산·학·연이 유기적으로 협력하고 스타트업이 자유롭게 성장할 수 있는 ‘개방형 혁신 생태계’ 조성에 정책의 초점을 맞춰야 한다. 특히, 하드웨어와 소프트웨어를 모두 이해하는 융합형 인재 양성 프로그램이 시급하며 9, 국제 공동 연구를 활성화하여 후발주자의 약점을 극복하고 글로벌 기술 표준 논의에 적극적으로 참여하여 미래 시장에서의 발언권을 확보해야 한다.

8. 참고 자료

1. 2025년 양자컴퓨팅, 실현의 경계로 다가온다 : techinsights, https://smarttechkorea.com/techinsights/?bmode=view&idx=167324910
2. 2025년 기술 트렌드와 시사점1, https://www.kistep.re.kr/gpsBoardDownload.es?board_se=issue&list_no=49141&seq=1
3. 2025년 핫한 투자 키워드: 양자 컴퓨팅 주요 종목 분석 - 인베스팅닷컴, https://kr.investing.com/news/stock-market-news/article-1321410
4. 양자 컴퓨팅 시장 규모 및 점유율, 2037년 성장 보고서, https://www.researchnester.com/kr/reports/quantum-computing-market/4910
5. 시장 측면에서 본 양자컴퓨팅 산업, https://ettrends.etri.re.kr/ettrends/208/0905208006/058-068.%20%EC%A1%B0%EB%B3%91%EC%84%A0_208%ED%98%B8%20%EC%B5%9C%EC%A2%85.pdf
6. [시장보고서]세계의 양자 컴퓨팅 시장 예측(-2030년) : 구성요소별 …, https://www.giikorea.co.kr/report/smrc1530705-quantum-computing-market-forecasts-global-analysis.html
7. 양자 컴퓨팅 시장 규모, 점유율 및 성장 보고서, 2032, https://www.fortunebusinessinsights.com/ko/quantum-computing-market-104855
8. 양자컴·수퍼컴 연동, 최고 속도 연산에 오류도 없앤다 - 조선일보, https://www.chosun.com/economy/science/2025/07/10/JWBLMKV6XRD7LNMOOORFNEUS2A/
9. 양자컴퓨팅 생태계 및 정책 동향 분석, https://ksp.etri.re.kr/ksp/plan-report/file/1370.pdf
10. IBM 구글 엔비디아 아이온큐까지… 지금 가장 뜨거운 양자 컴퓨터 …, https://magazine.hankyung.com/money/article/202506259020c
11. 시장 측면에서 본 양자컴퓨팅 산업, https://ettrends.etri.re.kr/ettrends/208/0905208006/
12. 양자컴, 생명과학·금융·물류 등…3~5년내 패러다임 전부 바꿀 것 - 한국경제, https://www.hankyung.com/article/2025061560391
13. 양자 컴퓨팅이란 무엇인가? – Part 2: 양자 컴퓨터가 적합한 문제들, 활약이 기대되는 분야, 양자 컴퓨터 생태계 | AWS 기술 블로그, https://aws.amazon.com/ko/blogs/tech/what-is-quantum-computing-2/
14. 큐비트의 마법, 상상을 계산하는 양자컴퓨터 혁명 - PwC, https://www.pwc.com/kr/ko/insights/issue-brief/quantum-computer.html
15. 퀀텀 도약:2023 년 퀀텀 컴퓨팅 시장의 상위 10 개 회사, https://www.emergenresearch.com/ko/blog/2023-%EB%85%84-%ED%80%80%ED%85%80-%EC%BB%B4%ED%93%A8%ED%8C%85-%EC%8B%9C%EC%9E%A5%EC%97%90%EC%84%9C-%EC%83%81%EC%9C%84-10-%EA%B0%9C-%ED%9A%8C%EC%82%AC
16. 2025년, 양자컴퓨터의 해가 될까? 주요 4 종목 전망 분석 - 인베스팅닷컴, https://kr.investing.com/news/stock-market-news/article-1314906
17. 양자컴퓨팅 개발 동향 - 글로벌 ICT포털, https://www.globalict.kr/upload_file/kms/202211/13862786130935405.pdf
18. 국가별 양자통신 정책 동향 분석 및 시사점 - KISTI Institutional Repository, https://repository.kisti.re.kr/bitstream/10580/19283/1/KISTI%20%EC%9D%B4%EC%8A%88%EB%B8%8C%EB%A6%AC%ED%94%84%20%EC%A0%9C77%ED%98%B8.pdf
19. IBM 양자컴퓨터: 상용화 현황과 2029년 오류 내성 로드맵 - Goover, https://seo.goover.ai/report/202506/go-public-report-ko-da561132-b31b-4810-8cdd-15e64548aeb7-0-0.html
20. 양자컴퓨팅 산업 최신 동향 2024~2025(25.06.26) - YouTube, https://www.youtube.com/watch?v=mJAqs4BTees
21. 양자 컴퓨팅의 혁신: 아이온큐, IBM, 구글의 경쟁과 미래 전망 - Goover, https://seo.goover.ai/report/202504/go-public-report-ko-0edf3256-0231-43f6-9ea8-e7b30bf27f5f-0-0.html
22. 양자컴퓨터, 기존 컴퓨팅을 뛰어넘는 새로운 패러다임, https://www.kbfg.com/kbresearch/cmm/fms/FileDown.do?atchFileId=FILE_000000002001437&fileSn=0
23. 20년 걸린다는 젠슨 황 틀렸다?… 작동방식 경쟁에 상용화 가속 붙는 양자컴퓨터 | 한국일보, https://www.hankookilbo.com/News/Read/A2025022017400005808
24. 퀀티넘 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전, https://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%80%80%ED%8B%B0%EB%84%98
25. Quantinuum의 H1 양자컴퓨터, 완전 결함 허용 알고리즘 실행 성공 - KIPOST(키포스트), https://www.kipost.net/news/articleView.html?idxno=313033
26. 퀀텀 컴퓨팅의 미래: IonQ와 Rigetti Computing의 경쟁 분석 - Goover, https://seo.goover.ai/report/202503/go-public-report-ko-1277b5ed-3bf5-4dcb-9e68-c51296735b46-0-0.html
27. 양자 컴퓨팅이란 무엇인가? – Part 5: QPU | AWS 기술 블로그, https://aws.amazon.com/ko/blogs/tech/what-is-quantum-computing-5/
28. 미래를 바꿀 양자컴퓨터 현실로 만든 韓스타트업 - 매일경제, https://www.mk.co.kr/news/it/11259976
29. 올해 양자기술 1호 상장사 나오나…한국의 주목할 양자컴퓨팅 기업은? - 유니콘팩토리, https://www.unicornfactory.co.kr/article/2025021906341884266
30. 양자컴퓨터 관련주 TOP 10 | 수혜주, 국내 대장주 - 주식스토커, https://stockstalker.co.kr/quantum-computer/
31. 양자컴퓨팅 및 양자암호통신 기술 동향과 산업 전망, http://weekly.tta.or.kr/weekly/files/20233625073613_weekly.pdf
32. [FOCUS] KRISS, 양자컴퓨터의 ‘마법 필터’ 개발…원자보다 작은 전자 ‘체’ - 파퓰러사이언스, https://www.popsci.co.kr/news/articleView.html?idxno=22434
33. 표준연-KAIST, 양자컴퓨팅·양자정보기술 연구 가속할 단일 전자원 개발, https://www.kriss.re.kr/gallery.es?mid=a10204020300&bid=0022&b_list=10&act=view&list_no=4334&nPage=3&vlist_no_npage=6&keyField=&orderby=
34. 원자보다 작은 전자, 필터로 걸러 불안정성 줄인다 - 메이저 사이트, https://www.jmadamspa.com/gallery.es?mid=a10505000000&bid=0018&list_no=4852&act=view
35. [쿠키과학] ‘단일전자 에너지, 원하는 형태로 제어한다’… KRISS 양자 …, https://m.kukinews.com/article/view/kuk202502270082
36. KIST, 양자분야 초격차 스타트업 5개 키운다 - 지디넷코리아, https://zdnet.co.kr/view/?no=20241210140359
37. [AI넷] [한국내에서의 양자컴퓨터 개발기업, 연구소는?] 한국과학기술연구원(KIST), 한국표준과학연구원(KRISS),한국전자통신연구원(ETRI), http://www.ainet.link/16782
38. 과기정통부, 2025년 양자과학기술 및 산업육성을 위해 1980억 원 투자 - KDI 경제교육, https://eiec.kdi.re.kr/policy/materialView.do?num=262964
39. 과기정통부, 2025년 양자과학기술 및 산업육성을 위해 1,980억 원 투자, https://eiec.kdi.re.kr/policy/callDownload.do?num=262964&filenum=1&dtime=20250205162245
40. K-양자기술에 올해 2000억원 투자한다 - 한국경제, https://www.hankyung.com/article/2025021042021
41. 2025년은 양자과학기술의 해…과기정통부, 관련 사업에 1980억 투자한다. - W브릿지, https://www.wbridge.or.kr/platform/careersport/info/selectTrendDetail.do?ntt_sn=779
42. 2025년은 양자과학기술의 해 올해 관련사업에 1980억 투자 - 매일경제, https://www.mk.co.kr/news/it/11214018
43. 한국 양자 기술 투자 현황과 글로벌 경쟁: 정책·전망 분석 - Goover, https://seo.goover.ai/report/202505/go-public-report-ko-ec1f3aee-ef2e-4543-a04b-ea8896cae878-0-0.html
44. 양자기술 정부 예산 내년 2배로…기업 1200곳 육성 - 서울경제, https://www.sedaily.com/NewsView/2D81TMZ4YU
45. 초전도체? 이온트랩? 진짜 주목할 대장주는 따로 있다! 양자컴퓨터 산업 10분 요약 정리 #금세기 - YouTube, https://www.youtube.com/watch?v=p3NWmbD8tZI
46. 양자 컴퓨팅 한계 극복하기 위한 기술적 과제는? - AI타임스, https://www.aitimes.com/news/articleView.html?idxno=145360
47. 양자 컴퓨터의 여러 종류가 서로 장단점을 가지고 있나요? : r/QuantumComputing - Reddit, https://www.reddit.com/r/QuantumComputing/comments/f6dlc1/do_different_types_of_quantum_computers_hold/?tl=ko
48. [퀀텀점프] 양자컴퓨터 상용화, 먼 미래 이야기일까 - 지디넷코리아, https://zdnet.co.kr/view/?no=20250124110921
49. [양자혁명] “2030년 실용 양자컴퓨터 시대 온다” IBM·구글 기술 경쟁 …, https://www.metanews.co.kr/news/articleView.html?idxno=24566
50. RIKEN, 하이브리드 양자 슈퍼컴퓨팅 플랫폼에 Quantinuum H1 채택 - 리얼푸드 REALFOODS, https://realfoods.co.kr/view.php?ud=20240110000811
51. 주요국의 양자과학기술 정책 및 미국의 정책·R&D 추진 동향, https://onest.re.kr/ssc/fileDownload4?titleId=35326&fileId=1&fileDownType=C¶mMenuId=MENU00522
52. IQM 퀀텀 컴퓨터, 2030년까지 내결함성 양자 컴퓨팅에 중점을 둔 개발 …, https://www.newswire.co.kr/newsRead.php?no=1000798
53. 양자 컴퓨팅이란 무엇인가요? - IBM, https://www.ibm.com/kr-ko/think/topics/quantum-computing
54. 신약개발에서 양자컴퓨팅 활용…타겟 정확도 향상 가능 - 메디파나, https://www.medipana.com/article/view.php?news_idx=328973
55. 양자컴퓨팅과 AI 융합 발전 가능성과 시사점 | SPRi 보고서, https://www.spri.kr/file_html/is204/index.html
56. 국내 기업의 양자 컴퓨팅 상용화 과제: 기술부터 생태계까지 - Goover, https://seo.goover.ai/report/202505/go-public-report-ko-26432278-03ce-456c-8d5c-148a9c4647a8-0-0.html