양자 컴퓨터 투자 아이디어 : 삼프로TV 김학주 교수 인터뷰 (언더스탠딩) 요약 분석
요즘 가장 핫한 종목인 "양자컴퓨터" 에 대한 삼프로TV 김학주 교수님의 영상을 듣고, 양자 컴퓨터의 발전과 그 영향에 대해 설명하는 좋은 투자아이디어를 얻을 수 있었습니다.
이 글을 보시는 분들도 좋은 아이디어를 얻었으면 하는 마음으로 블로그하였으니 꼭 좋은 성과로 이어지길 바라는 마음으로 포스팅을 시작해보려고 합니다!
위 영상 인터뷰의 중요 내용은 양자 컴퓨터의 개념과 투자 비전 그리고 인공지능과의 협업 및 미래의 기술 환경 변화에 대한 내용으로
양자 컴퓨터가 단순 계산보다 복잡한 문제 해결에서 뛰어난 성능을 발휘할 수 있다는 점을 강조하고, 양자 컴퓨터의 상용화와 관련된 기술적 도전과제를 다루는 양자 컴퓨팅의 세계를 이해하기 쉽게 풀어낸 영상이었습니다.
■ 목차
1. 개념과 개요
2. 도전 과제
3. 기술과 반도체 관계
4. 에너지 산업의 관계
5. 암호화폐 관계
6. 수소 산업의 관계
개념과 개요
1. 양자 컴퓨터의 개념 및 개요
양자컴퓨터는 고전 컴퓨터와는 다른 방식으로 정보를 처리하며, 양자역학의 원리를 활용해 계산 성능을 극대화하는 컴퓨터입니다.
기본 단위는 *큐비트(qubit)*로, 0과 1의 두 상태를 동시에 표현할 수 있는 *중첩(superposition)*과 상태 간 상호작용을 통한 얽힘(entanglement) 현상을 이용합니다.
이러한 특징으로 양자컴퓨터는 기존 컴퓨터가 해결하기 어려운 문제(예: 암호 해독, 최적화, 복잡한 시뮬레이션)를 훨씬 빠르게 해결할 잠재력을 지니고 있습니다.
현재 빅테크 Google, IBM 외에도 IONQ, MTSI, RGIT 등 여러 신규 기업들이 기술 개발에 앞장서고 있습니다.
양자 컴퓨터의 작동 조건과 도전 과제
1. 양자 컴퓨터의 작동 조건과 도전 과제
- 양자 컴퓨터는 상온에서 활동하기 어렵고, 마이너스 213도(℃) 까지 온도를 낮춰야 정상 작동이 가능하다.
- 낮은 온도에서 저항이 거의 없어지고 초전도 현상이 발생하지만, 이를 유지하기 위한 에너지가 매우 비싸다.
- 외부의 소음과 진동에 민감하여 진공 상태에서 운영해야 하며, 이 또한 비용을 증가시킨다.
- 큐비트의 불안정성 때문에 기존 계산이 리셋되지 않는 문제가 발생할 수 있다 .
1.1. 양자 컴퓨터와 인공지능의 협업
- 양자 컴퓨터는 신약 개발과 같은 복잡한 문제 해결에서 탁월한 성능을 발휘하여 게임 체인저가 될 수 있다.
- 나노 소재의 계산을 통해 최적화된 답안을 찾아내는 과정에서 양자 컴퓨터는 수많은 경우의 수를 계산할 수 있어 인공지능과 협업하는 시대에 접어들었다.
- 양자 컴퓨터는 기존의 암호 체계를 해체할 수 있는 능력을 가지고 있으며, 사이버 보안과 국방에서 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
- 인공지능은 양자 컴퓨터의 오류를 수정하고 보조하며, 더 많은 비정형 데이터를 처리하여 더 똑똑해지고 있다.
양자 컴퓨터의 상용화와 기술적 도전
2. 양자 컴퓨터의 상용화와 기술적 도전
- 초전도체 기반의 양자 컴퓨터는 높은 비용 때문에 현재 상용화되지 못하고 있으며, 상온에서 초전도 현상을 구현할 수 있는 금속이 부족하다는 점이 큰 장애물이다.
- 양자 컴퓨터는 최적화 문제를 해결하기 위해 장벽을 뛰어넘는 개념인 기록을 사용하며, 이와 관련된 기술로는 Quantum Unhealing과 콘텀 터널링이 있다.
- 현재 아이온큐와 같은 이온 트랩 방식의 새로운 접근이 등장하고 있으며, 이는 상대적으로 저렴하고 정확한 계산이 가능하지만, 전체적인 계산량이 커지면 비용이 증가하는 단점이 있다.
- 아마존과 같은 기업들은 양자 컴퓨터를 활용한 클라우드 서비스의 가능성을 탐색하고 있으며, 인공지능과의 협력을 통해 양자 컴퓨터의 활용도를 높일 수 있을 것으로 기대된다.
2.1. ️ 양자 컴퓨터의 초전도체 기반 기술적 도전
- 오리지널 초전도체 기반의 양자 컴퓨터는 너무 비싸며 현재 상용화되지 않고 있다.
- 초전도체의 장벽과 콘텀 터널링을 통해 최적화를 이루는 기술이 있지만, 여러 가지 제약 조건으로 실용화 문제가 남아있다.
- 상온과 상압에서 초전도 현상을 유지할 수 있는 물질이 아직 존재하지 않으며, 양자 컴퓨터의 발전에 큰 장애물이다.
- 현재 양자 컴퓨터관련 기업들은 D-Wave Systems와 리자티 컴퓨팅 두 곳이 있으며, 이들의 주가는 낮아 펀딩을 받지 못하고 있는 상황이다.
2.2. 이온 트랩을 이용한 양자 컴퓨터의 원리
- 초전도체 없이 양자 컴퓨터의 원리를 활용하기 위해 칼슘 이온을 사용하는 방법이 제안된다.
- 칼슘 이온을 전기장으로 고정하고 레이저를 이용해 데이터를 변환시키는 방식으로 복잡한 비선형 방정식을 풀이할 수 있다.
- 칼슘 이온은 레이저로 조작하기 쉬우며, 양자의 성질인 중첩과 얽힘이 오래 지속되어 오류가 적게 발생한다.
- 그러나 이온 트랩 방식으로 계산 규모가 커질 경우, 장치와 레이저의 비용이 증가할 수 있다.
2.3. 인공지능과 양자 컴퓨터의 협업
- 양자 컴퓨터는 인공지능의 발전과 함께 이온 트랩 방식을 통해 제한적으로 작업을 수행할 수 있는 가능성을 지닌다.
- 아이온큐는 이온 트랩 방식을 이용한 양자 컴퓨터를 개발하는 회사로, 아마존의 퀀텀 에저 서비스도 같은 방식을 사용한다.
- 아이온큐는 2015년 한국계 과학자 김정상 박사와 크리스 먼로 교수에 의해 설립되었으며, 두 교수는 2023년과 2024년에 은퇴할 예정이다.
- 양자 컴퓨터는 신약 개발과 나노 소재개발과 같은 복잡한 계산 문제 해결에 효과적으로 활용될 수 있다.
2.4. 양자 컴퓨터의 상용화와 그 가능성
- 클라우드를 통해 양자 서비스를 이용하는 방식이 아마존 웹 서비스와 유사하게 이루어질 수 있으며, 이를 통해 양자 컴퓨터사용이 가능해진다.
- 양자 컴퓨터의 사용이 제한된 분야에만 국한될 경우 상업적 성공이 어렵겠지만, 사람들의 경쟁 심리로 인해 시간이 갈수록 사용이 증가할 것이라고 예측된다.
- 아이온큐와 메이컴 테크놀로지와 같은 기업들이 양자 컴퓨터와 관련하여 실질적인 솔루션을 제공하며, RF 기술이 다양한 신성장 분야에서 많이 활용될 예정이다.
- 현재 아마존이 양자 서비스 제공을 시작했으며, 연구자들이 현실적인 양자 컴퓨터의 솔루션을 개발하고 있어 미래에 대한 기대가 커진다.
2.5. 양자 컴퓨터의 도입과 산업 변화
- 양자 컴퓨터의 도입으로 기존의 반도체 산업에 대한 우려가 있지만, 이는 전혀 다른 방식의 기술 발전이기 때문에 단순히 대체되지는 않을 것이다.
- 양자 컴퓨터는 단순한 계산에서는 비효율적이며, 일반 컴퓨터가 병렬 계산, 즉 인공지능이 잘하는 작업에 더 적합하다.
- 양자 컴퓨터는 복잡한 문제 해결에 필요한 기술로, 이를 통해 인류가 수행하지 못했던 계산 작업을 할 수 있게 되면 인공지능과 비메모리 기술이 더 많이 사용될 것이다.
- 양자 컴퓨터의 비용 구조가 빠르게 낮아질 것으로 보이지 않아 여전히 비싼 가격대를 유지할 것이다.
양자 컴퓨터와 메모리 기술의 진화
3. 양자 컴퓨터와 메모리 기술의 진화
- 양자 컴퓨터는 전통적인 D램과 달리 메모리 기능이 없으며, 메모리의 빠른 속도 변화에 따라 새로운 소재인 MRAM이나 리램으로의 전환이 요구될 수 있다.
- 삼성전자와 같은 한국의 반도체 회사는 이러한 변화에 직면하여 기존 기득권을 잃을 가능성이 있으며, 초기 투자 부담이 진입 장벽으로 작용할 수 있다.
- 양자 컴퓨터의 전력 소모 문제로 인해, 적절한 전력 공급을 위해 소형 원자로와 같은 혁신적인 에너지 솔루션이 필요하다는 점이 강조되었다.
- 양자 컴퓨터와 인공지능의 발전이 동시에 일어날 경우, 전력 수요는 무한히 증가할 것이며, 이는 무탄소 에너지의 필요성을 더욱 부각시킨다.
3.1. 양자 컴퓨터와 반도체 수요의 변화
- 양자 컴퓨터의 발전으로 인해 비메모리 수요가 증가할 것으로 예상되며, 이로 인해 메모리 수요도 함께 상승할 것이라는 전망이다.
- 그러나 양자 컴퓨터의 속도가 DRAM과 같은 기존 메모리 기술의 속도를 따라가지 못할 경우, 병목 현상이 발생할 수 있다.
- 이 문제를 해결하기 위해 D램이 MRAM이나 리램과 같은 저항 기반 소재로 전환될 가능성이 있으며, 이는 한국의 기업들에게 기득권 상실을 가져올 수 있다.
- M램과 리램은 D램과 달리 전압 대신 저항 사용 방식으로 동작하며, 전기 소모가 적고 속도가 빠르다는 장점이 있다.
3.2. MRAM 관련 기업
- 삼성전자: 2019년 28나노 FD-SOI 공정 기반의 eMRAM 솔루션을 출하하며 MRAM 기술 개발을 선도하고 있습니다.
- 에버스핀 테크놀로지(Everspin Technologies): 미국에 본사를 둔 기업으로, 토글 MRAM과 스핀 전달 토크 MRAM(STT-MRAM) 제품군을 개발 및 제조하고 있습니다.
- 크로커스 테크놀로지(Crocus Technology): 프랑스에서 설립된 기업으로, MRAM 기술을 기반으로 한 고성능 자기 센서를 개발하고 있습니다.
3.3. ReRAM 관련 기업
- 위빗 나노(Weebit Nano): 이스라엘 기반의 기업으로, CEA-Leti와 협력하여 SiOx 기반의 ReRAM 기술을 개발하고 있습니다.
- 크로스바(Crossbar): 미국 캘리포니아에 위치한 기업으로, 상용 CMOS 공정과 호환되는 ReRAM 기술을 개발하고 있습니다.
- 이노스타(INNOSTAR): 중국 항저우에 위치한 기업으로, 28/22nm 공정 기반의 ReRAM 파일럿 생산라인을 구축하여 시생산에 성공했습니다.
3.4. 삼성전자와 글로벌 반도체 시장의 도전
- 삼성전자는 엔비디아와의 협력을 원하는 상황으로, TSMC가 가격을 올리자 대응할 수 없는 입장에 처해 있다.
- 삼성전자는 가전 제품에 대한 경험을 가지고 있으며, 사물인터넷과 로보틱스 분야에서 더 많은 기회를 찾고 있다는 점이 강조된다.
- TSMC와의 경쟁 속에서 삼성전자의 주가는 하락세에 있으며, 많은 기관들이 손절매를 당하고 있는 상황이다.
- 미국의 반도체 관련 관세 정책은 기업들의 생산설비와 인력을 미국으로 이끌며, 이는 현지화의 일환으로 해석된다.
양자컴퓨터와 에너지 산업 관계
4. 양자컴퓨터와 에너지 산업 관계
양자컴퓨터는 고전 컴퓨터가 제공할 수 없는 방식으로 복잡한 문제를 해결할 잠재력을 지니고 있으며, 이는 에너지 산업에도 중요한 영향을 미칠 수 있습니다.
양자역학의 원리를 기반으로 설계된 양자컴퓨터는 데이터 처리와 계산 속도에서 혁신을 가져오고, 효율적인 에너지 활용 및 새로운 에너지 기술 개발에 기여할 가능성이 있습니다.
4.1. 양자 컴퓨터와 에너지 소비
- 양자 컴퓨터는 초전도체를 유지하기 위해 많은 에너지를 소모하며, 이를 위해 많은 레이저와 에너지가 필요하다.
- 현재의 빅데이터 분야에서는 무탄소 전기를 사용하기 위해 소형 원자로를 활용하고 있으며, 대표적으로 마이크로소프트와 구글이 각각 테라파워와 카이로스 파워와의 계약을 맺고 나트륨을 이용한 연구를 진행하고 있다.
- 나트륨을 이용한 SMR(소형 모듈 원자로)은 물보다 높은 끓는 점(883도) 덕분에 기압을 높일 필요가 없어 안전성이 높다는 장점이 있다.
- 나트륨은 습기를 피해 사용할 수 있도록 염을 섞어 용융염 형태로 사용되며, 물과의 접촉 시 위험성도 고려해야 한다.
4.2. 소형 원자로와 전력 생성의 미래
- 소형 원자로의 상용화는 2011년 후쿠시마 원전 사고 이후 관심을 끌었으며, 여러 관련 기업들이 적극적으로 연구 개발을 진행하고 있다.
- 아마존은 엑스에너지라는 회사에 투자하여 고온 가스 방식의 소형 원자로기술을 개발 중이며, 이는 방사능 기체를 안전하게 처리할 수 있는 구조를 가지고 있다.
- 영국은 과거에 이 소형 원자로를 사용했으나, 고온과 헬륨의 특성 때문에 안전성과 금속 내구성이 문제로 되어 결국 포기한 사례가 있다.
- 향후 인공지능과 양자 컴퓨터의 발전에 따라 전력 수요가 증가할 것이라는 전망이 있으며, 이를 해결하기 위한 방안으로 소형 원자로의 필요성이 강조된다.
4.3. ️ 4세대 소형 원자로의 특징과 장점
- 4세대 소형 원자로는 우라늄 농도가 20%로, 기존의 경수로보다 높은 효율을 보여준다.
- 높은 농도의 우라늄 235는 더 고효율로 에너지를 생산할 수 있으며, 이는 장기적으로 핵연료 교체 주기를 늘린다.
- 4세대 기술이 발전하면 높은 농도의 핵 연료는 원자폭탄으로도 전용될 수 있는 잠재력을 가진다.
- 폐기물에서 나오는 플루토늄은 우라늄과 분자 구조가 다르기 때문에 쉽게 추출되어 원자탄 제조에 사용할 수 있다.
4.4. 소형원자로의 안정성
경납고로 구획화된 연료 소형 원자로에서의 연료는 경납고로 구획화되어 있어 방사능 유출의 위험을 줄입니다. 이는 연료 마다 별도의 경납고가 마련되어 있어 방사성 물질이 외부로 나오는 것을 방지합니다.
4.5. 고온에서 견디는 재료 사용
일부 소형 원자로는 고온의 헬륨 가스를 사용하여 효율적인 열전달을 합니다.
특히, 헬륨은 비활성이기 때문에 화학 반응이 일어나지 않아 다른 물질을 부식시키지 않으며, 자기 변질도 없습니다.
이는 원자로의 안전성과 효율성을 높이는 데 기여합니다.
4.6. 안정적 제어와 감속장치
소형 원자로는 안정적인 제어 메커니즘을 사용하여 자기 조절이 가능합니다.
특히, 트리소(triso) 연료를 사용하여 연료마다 경납고가 있어, 방사능 유출의 위험을 줄일 수 있으며, 자연 대류를 통해 보조 펌프 없이도 냉각이 가능하도록 설계되어있기 때문에 외부 전력 공급이 중단되더라도 안전하게 작동할 수 있는 조건을 만들어 줍니다.
4.7. 고온 작동 유지 및 중성자 감속
나트륨을 냉각재로 사용하는 방식은 끓는 점이 높아 기압 상승 없이도 안전한 작동이 가능하여, 높은 압력으로 인한 폭발의 위험성을 줄여 줍니다.
4.8. 구별되는 설계 및 이중 안전 장치
소형 원자로는 각각의 연료가 경납고로 구획화되어 있을 뿐만 아니라, 이중 안전 장치를 사용하여 방사능 유출을 최대한으로 줄여 초기 설계부터 자연적인 감속과 열 제거를 통해 작동 안정성을 확보하고 있습니다.
이처럼 소형 원자로는 최신 기술을 이용하여 안전성과 효율성을 동시에 확보하고자 하는 방향으로 발전하고 있습니다. 전문가들은 이러한 기술적 개선이 소형 원자로의 상업적 성공과 광범위한 사용에 긍정적인 영향을 미칠 것으로 보고 있습니다.
4.9. ️ 소형 원자로의 필요성
- 한국은 에너지 문제, 신재생 에너지의 수입 문제, 그리고 국방 문제를 동시에 해결하기 위해 소형 원자로를 요구한다.
- 트럼프가 여러 차례 언급한 이 문제들은 복합적으로 접근해야 하며, 해결책으로 소형 원자로의 도입이 제안된다.
양자 컴퓨터와 비트코인 채굴의 관계
5. 양자 컴퓨터와 비트코인 채굴의 관계
- 양자 컴퓨터는 비트코인의 채굴을 훨씬 쉬워지게 할 수 있는 잠재력을 지닌다.
- 비트코인은 총 2100만 개까지만 만들 수 있으며, 양자 컴퓨터의 등장으로 더 많은 비트코인이 생성될 가능성이 제기된다.
- 비트코인의 성장과 양자 컴퓨터의 도입은 서로의 발전을 자극하는 패권 다툼이 될 것이다.
- 양자 컴퓨터와 인공지능의 연결은 효과적인 계산 및 최적화를 가능하게 하며, 이는 향후 우리가 직면할 복잡한 문제 해결에 기여할 것이다.
5.1. ️ 양자 컴퓨터의 발전과 인공지능과의 연결
- 양자 컴퓨터는 비트코인 채굴과 같은 복잡한 문제 해결에서 기존의 시스템보다 쉬운 작업을 가능하게 한다.
- 최적화 작업에서 양자 컴퓨터는 퀀텀 어닐링과 같은 기법을 통해 빛나는 성능을 발휘한다.
- 발전된 양자 컴퓨터와 인공지능의 협업은 모든 기술의 연결성을 강화하는 데 기여할 것이다.
5.2. 양자 컴퓨터와 비트코인의 미래
- 비트코인은 최대 2100만 개까지 생성될 수 있으며, 그 이후는 극도로 어려워져 캐기가 불가능하다는 구조가 있다 .
- 양자 컴퓨터의 등장으로 비트코인에 대한 새로운 기술적 도전이 발생할 것이라는 우려가 있으며, 따라서 인류는 이를 대비해야 한다.
- 양자 컴퓨터의 출현은 비트코인과 같은 암호화폐의 보안에서 패권 다툼을 야기할 수 있으며, 경쟁이 심화될 것으로 예상된다.
- 비트코인은 계속해서 증가하고 있으며, 이는 현재의 경제 체제와의 상호작용을 통해 더욱 복잡한 문제를 불러일으킬 수 있다.
5.3. 디지털 화폐의 미래와 그에 대한 우려
- 디지털 화폐의 활용에 대한 우려가 존재하며, 특히 미국의 패권에 미치는 영향을 고려해야 한다.
- 디지털 자산으로서 비트코인이 전략적으로 인정받는다면, 이는 달러의 힘을 약화시킬 수 있는 역설적인 상황이다.
- 핵심적으로 디지털 화폐의 규정이 미국 주도로 만들어져야 보급이 본격화될 가능성이 있다.
5.4. 에너지와 양자 기술의 관계
- 양자 컴퓨터와 인공지능의 발전은 전기의 풍부함에 의존하며, 현재 미국은 트럼프 정부 하에서 석유에 대한 의존도가 높은 상황이다.
- 석유와 천연가스의 안정적인 전기 생산 능력 덕분에, 트럼프 정부는 원자력보다 천연가스를 더 우선시할 가능성이 있다.
- 석유 산업의 발전이 이루어질 경우에도, 환경적인 측면에서 깨끗하게 에너지를 사용하는 방향으로 전환될 것이라는 전망이 제시된다.
- 탄소와 수소의 결합체인 석유의 가치를 재조명하며, 이를 활용한 고부가가치 소재 개발이 중요해질 것이라는 기대감이 있다.
수소 에너지의 역할과 전망
6. 수소 에너지의 역할과 전망
수소 에너지는 친환경적이고, 다용도로 활용할 수 있는 에너지원으로 주목받고 있습니다. 특히, 소형 원자로와 결합하여 효과적으로 사용할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 아래에서 그 내용을 정리하겠습니다.
6.1. 소형 원자로와 수소의 결합
■ 소형 원자로에서의 전력 생산
소형 원자로(SMR)는 안정적이고 효율적인 전력을 공급할 수 있습니다. 이 전기는 무탄소 전기로서, 수소의 생산과 이용에 필수적인 역할을 할 수 있습니다.
■ 수소의 생산
물 전기분해: SMR에서 생성된 전기를 사용하여 물을 전기분해 함으로써 수소를 생산할 수 있습니다. 이는 대규모 수소 생산의 효율성을 높이는 방법입니다 [6-39].
천연가스 개질: 천연가스를 전기로 개질하여 수소를 얻는 방법으로, SMR의 전기 사용이 가능합니다.
6.2. 수소의 활용
■ 운송 분야
수소는 경도 및 충전 시간에서 뛰어난 장점을 발휘합니다. 예를 들어, 트럭이나 선박과 같은 대형 운송수단의 연료로 효과적입니다. 이는 수소를 압축하거나 액화하지 않고도 수소를 연료로 사용하는 효율적인 방법입니다 [6-43].
■ 전력 공급
수소는 일시적으로 저장된 전력을 재생 가능한 방식으로 변환하여 전력을 안정적으로 공급할 수 있습니다. 이는 대규모 재생 에너지의 변동성을 보완하는 데 중요한 역할을 할 수 있습니다 [6-50].
6.3. 미래 전망
- 소형 원자로의 확산: 소형 원자로가 널리 보급되면, 수소 생산 및 활용에 필요한 전기의 공급도 용이해질 것으로 예상됩니다.
- 수소 기반 경제: 수소 경제는 앞으로 자원의 효율적이고 지속 가능한 사용을 지원하고, 전기와 운송 부문에서의 혁신을 촉진할 수 있는 중요한 요소로 자리 잡을 것입니다.
