양자기술이란? 한국·미국·일본이 공동 연구하는 이유｜양자기술 산업화 어디까지 왔나

양자기술은 최근 AI와 반도체에 이어 각국이 집중적으로 투자하는 차세대 전략기술로 떠오르고 있습니다.

예전에는 대학과 연구소의 기초과학 분야에 가까웠지만, 이제는 양자컴퓨터·양자통신·양자센서·양자소재를 중심으로 실제 산업에 적용하려는 경쟁이 본격화되고 있습니다.

한국도 2026년 첫 양자과학기술·양자산업 종합계획을 발표하고, 2035년까지 양자 관련 기업 2,000개 육성과 양자 전문인력 1만 명 확보 등을 목표로 산업화를 추진하고 있습니다.

양자기술이란?

양자기술은 원자나 전자처럼 아주 작은 세계에서 나타나는 양자역학의 특성을 이용하는 기술입니다.

대표적으로 활용되는 원리는 다음과 같습니다.

• 중첩
• 얽힘
• 양자 상태 측정
• 양자 간섭

쉽게 말하면 기존 컴퓨터와 통신기술이 0과 1을 명확하게 구분해 정보를 처리한다면, 양자기술은 미시세계에서 나타나는 독특한 물리현상을 이용해 기존 방식으로 하기 어려운 계산이나 측정을 가능하게 하는 기술입니다.

양자기술은 양자컴퓨터만 뜻하는 게 아니다

양자기술이라고 하면 가장 먼저 양자컴퓨터를 떠올리기 쉽지만 실제 산업 분야는 훨씬 넓습니다.

양자컴퓨팅

양자비트를 이용해 특정 계산 문제를 기존 컴퓨터보다 훨씬 효율적으로 해결하는 기술입니다.

신약개발, 신소재 탐색, 금융 최적화, 물류, 암호분석 등에 활용 가능성이 연구되고 있습니다.

양자통신

양자 상태를 이용해 도청 여부를 탐지하거나 보다 안전한 통신망을 구축하는 기술입니다.

국가 안보와 금융·국방 통신 분야에서 특히 중요하게 다뤄집니다.

양자센서

아주 작은 자기장이나 중력, 시간 변화 등을 기존 센서보다 정밀하게 측정하는 기술입니다.

의료·국방·항법·반도체·지질탐사 등에 활용될 가능성이 있습니다.

양자소재·부품

양자컴퓨터와 센서를 실제 제품으로 만들기 위해 필요한 칩, 광자소자, 극저온 장비, 제어장치 등도 중요한 산업 분야입니다.

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왜 한국·미국·일본이 공동 연구를 할까?

양자기술은 한 나라가 모든 기술을 독자적으로 개발하기 어려운 분야입니다.

양자컴퓨터 한 대를 만들기 위해서도 반도체, 극저온 장비, 레이저, 광학, 소프트웨어, 정밀측정 기술 등이 필요합니다.

그래서 각국은 연구기관과 대학, 기업을 연결해 공동 연구와 인력교류를 확대하고 있습니다.

한국·미국·일본은 2023년부터 국가 연구기관 간 공동연구와 인력·시설 교류를 위한 협력 틀을 구축했고, 이후 첨단 과학기술 분야 협력을 계속 확대해 왔습니다.

다만 현재 공개된 공식자료를 보면 한·미·일 3국이 하나의 단일 양자기술 공동연구 프로젝트를 진행한다고 단정하기보다는, 3국의 첨단기술 협력 기반과 양자 분야의 양자·다자 협력이 동시에 확대되고 있다고 보는 것이 정확합니다.

미국과 한국의 양자기술 협력도 강화

한국과 미국은 별도로 양자정보과학기술 협력도 강화해 왔습니다.

양국은 정부·대학·기업 간 교류를 확대하고, 양자기술 연구개발과 공급망, 표준, 인력 교류 등을 추진하기로 했습니다.

2026년에는 한미 기술번영협정 이행 과정에서도 AI, 양자기술, 차세대 통신, 바이오, 우주 등이 협력 분야로 포함됐습니다.

한국·미국·일본은 국제 양자협의체에서도 함께 움직인다

한국과 미국, 일본은 **Quantum Development Group(QDG)**에도 함께 참여하고 있습니다.

QDG는 한국·미국·일본을 포함해 영국, 독일, 프랑스, 캐나다, 호주 등 13개국이 참여하는 국제협의체입니다.

이 협의체에서는 다음과 같은 내용을 논의합니다.

• 양자기술 투자
• 공급망
• 기술보호
• 산업 전망
• 국제표준
• 상용화 협력

즉 양자기술은 단순한 연구 경쟁을 넘어 산업과 공급망, 경제안보 문제로 확대되고 있습니다.

왜 양자기술이 국가전략기술일까?

양자기술은 여러 산업의 기반기술이 될 가능성이 있기 때문입니다.

예를 들어 양자컴퓨터가 발전하면 현재 슈퍼컴퓨터로도 처리하기 어려운 일부 계산을 더 빠르게 해결할 가능성이 있습니다.

이 기술은 다음과 같은 분야와 연결됩니다.

• 신약개발
• 신소재 설계
• 반도체
• AI
• 국방
• 금융
• 암호기술
• 에너지
• 기후 연구

따라서 양자기술을 먼저 확보한 국가는 단순히 컴퓨터 산업뿐 아니라 여러 첨단산업에서 경쟁력을 확보할 가능성이 있습니다.

한국은 양자기술 산업화를 어떻게 추진하고 있나?

한국 정부는 2026년 양자기술 산업화를 위한 첫 종합계획을 내놨습니다.

정부 목표는 2035년까지 다음과 같습니다.

• 양자 전문인력 1만 명 육성
• 양자 관련 기업 2,000개 육성
• 양자칩 제조 경쟁력 강화
• 양자·AI 융합 응용기술 개발
• 양자 산업·학계 협력 클러스터 구축

또 삼성전자, LG전자, SK 등 주요 기업이 참여하는 양자기술협의회를 통해 민간기업의 참여도 확대하고 있습니다.

연구에서 산업으로 넘어가는 단계

양자기술은 아직 스마트폰이나 반도체처럼 대중적으로 상용화된 산업은 아닙니다.

하지만 최근 흐름은 분명히 달라지고 있습니다.

기존에는 연구실에서 양자 상태를 구현하는 것이 목표였다면 지금은 다음 단계로 이동하고 있습니다.

기초연구 → 시제품 → 산업 실증 → 기업 참여 → 상용 서비스

한국도 2026년 KIST 양자공동연구실 신규과제를 통해 실제 양자기술 활용을 위한 하드웨어와 응용소프트웨어 연구를 확대하고 있습니다.

양자컴퓨터와 AI가 결합되는 이유

최근에는 양자컴퓨터를 AI와 결합하려는 연구도 늘고 있습니다.

양자컴퓨터가 모든 계산을 대신하는 것이 아니라 기존 슈퍼컴퓨터와 AI 시스템을 보완하는 방식입니다.

한국 정부 역시 양자컴퓨터와 슈퍼컴퓨터를 연결하는 하이브리드 연구환경을 구축하고, 양자·AI 융합 응용기술을 개발할 계획입니다.

따라서 미래에는 AI 컴퓨터와 양자컴퓨터가 경쟁하기보다 서로 다른 계산을 맡는 형태로 발전할 가능성이 큽니다.

아직 해결해야 할 문제도 많다

양자기술이 주목받고 있지만 아직 해결해야 할 기술적 문제도 많습니다.

대표적으로 양자비트는 외부 환경에 매우 민감합니다.

온도나 진동, 전자기파 같은 작은 변화에도 오류가 발생할 수 있기 때문에 안정적으로 계산을 유지하는 것이 어렵습니다.

또한 양자컴퓨터를 운영하기 위한 극저온 장비와 제어시스템도 복잡하고 비용이 많이 듭니다.

그래서 현재 경쟁의 핵심은 단순히 양자비트 수를 늘리는 것뿐 아니라 오류를 얼마나 줄이고 실제 문제를 안정적으로 계산할 수 있는지에 있습니다.

양자기술 산업화에서 중요한 것은 공급망

양자기술은 여러 첨단부품을 필요로 합니다.

• 양자칩
• 레이저
• 광자소자
• 냉각장비
• 정밀측정장비
• 반도체
• 제어전자장비

이 때문에 각국은 기술개발뿐 아니라 안정적인 공급망을 확보하려 하고 있습니다.

QDG에서도 양자산업 공급망과 투자, 기술보호가 주요 의제로 다뤄지고 있습니다.

국제공동연구가 중요한 이유

양자기술 연구에는 대규모 연구시설과 고가 장비가 필요합니다.

모든 국가가 모든 시설을 각각 구축하는 것보다 공동으로 장비와 데이터를 활용하면 연구 속도를 높일 수 있습니다.

한국·미국·일본 연구기관 협력 틀도 연구인력 이동과 연구시설 접근, 정보·장비 교류를 확대하는 것을 주요 내용으로 하고 있습니다.

결국 국제공동연구는 단순한 외교협력이 아니라 연구비와 시설, 인력, 기술을 공유해 개발 속도를 높이기 위한 전략이라고 볼 수 있습니다.

양자기술은 언제 우리 생활에 들어올까?

모든 양자기술이 동시에 상용화되는 것은 아닙니다.

양자센서와 양자통신은 일부 분야에서 이미 실증과 도입이 진행되고 있지만, 범용 양자컴퓨터는 여전히 연구개발 단계입니다.

따라서 앞으로 몇 년 동안은 일반 소비자가 직접 양자컴퓨터를 사용하는 것보다 기업·연구기관이 클라우드를 통해 양자컴퓨팅 자원을 이용하는 방식이 먼저 확대될 가능성이 큽니다.

장기적으로는 AI, 신약개발, 반도체, 물류, 에너지 등의 산업에서 양자기술이 활용되는 사례가 늘어날 것으로 예상됩니다.

양자기술 경쟁의 핵심은 ‘누가 먼저 산업으로 연결하느냐’

현재 양자기술 경쟁은 단순히 논문이나 연구성과를 많이 내는 경쟁에서 산업화 경쟁으로 이동하고 있습니다.

한국 정부도 2026년 발표한 양자 종합계획에서 R&D뿐 아니라 기업 육성, 클러스터, 인력, 제조, 국제협력을 동시에 추진하고 있습니다.

미국과 일본을 비롯한 주요국 역시 기업과 연구기관을 연결하고 국제표준과 공급망 협력을 강화하고 있습니다.

따라서 앞으로 중요한 것은 “누가 최초의 양자컴퓨터를 만들었는가”보다 누가 실제 산업에서 활용 가능한 양자기술 생태계를 먼저 구축하는가가 될 가능성이 큽니다.

핵심 정리

양자기술은 양자역학의 특성을 이용해 계산·통신·센싱 능력을 확장하는 차세대 기술입니다.

대표 분야는 양자컴퓨터, 양자통신, 양자센서, 양자소재·부품입니다.

한국·미국·일본은 첨단과학기술 연구기관 협력과 국제 양자협의체 등을 통해 공동연구, 인력교류, 공급망, 표준, 기술보호 협력을 확대하고 있습니다.

한국도 2035년까지 양자 전문인력 1만 명과 양자 관련 기업 2,000개 육성 등을 목표로 연구 중심에서 산업화 단계로 전환을 추진하고 있습니다.

다만 범용 양자컴퓨터는 아직 연구개발 단계인 만큼 기술 발전 속도와 상용화 시점을 지나치게 단정해서 보는 것은 주의할 필요가 있습니다.

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※ 이 글은 2026년 10월 16일 기준 과학기술정보통신부와 관련 공식 공개자료를 바탕으로 작성했습니다.

※ 양자기술은 빠르게 발전 중인 연구·산업 분야로, 상용화 일정과 기술 성능은 연구 결과에 따라 달라질 수 있습니다.