▲ 초정밀 양자 계측 원리(예시)  © 특허뉴스

 

양자의 물리적 특성을 정보통신 분야에 활용하는 양자정보기술이 차세대 게임체인저 기술로 떠오르고 있다. 주도권을 선점하기 위한 미국, 중국 등 주요국간 기술패권 힘겨루기도 치열해지고 있다.

 

< 양자기술 개요 >   양자기술은 물질의 최소단위인 양자(quantum)가 갖는 물리적 특징인 중첩, 얽힘, 불확정성을 정보처리나 통신에 활용하는 기술이다.   기존 컴퓨터는 0과 1의 비트(bit) 단위로 연산을 하지만 양자컴퓨터는 양자의 중첩성질을 활용해 0과 1이 여러개 조합된 복수의 비트를 하나의 큐비트(qubit) 단위로 연산할 수 있어 정보처리 시간을 비약적으로 단축할 수 있다. 따라서 양자컴퓨팅은 기존의 컴퓨터보다 훨씬 빠른 초고속 연산처리가 가능하여 신약개발, 질병진단, 금융투자, 우주탐사 등 다양한 분야에 적용될 것으로 예상되며, 완전히 새로운 기술 패러다임을 바꿀 것으로 기대된다.   양자기술은 양자암호통신과 양자센서 분야에서의 활용도 주목받고 있는데, 양자암호통신은 1984년 C.H.Bennett 등이 처음 제안한 통신방식으로, 파장이나 진폭 등을 이용하는 기존의 통신과 달리 빛의 최소 단위인 광자에 정보를 담아 전달한다. 이러한 방식을 이용하면 암호에 대한 해킹 시도가 있는 경우에도 광자의 양자특성(불확정성)에 의해 해킹 시도를 즉시 인지할 수 있어 완벽한 보안통신이 가능하다.   양자센서는 양자의 얽힘 상태가 갖는 초미세 파동 정보를 계측수치로 변환하여 사용하는 기술로, 기존의 센서가 측정하는 것보다도 훨씬 작은 미세 신호를 측정할 수 있다. 양자센서를 활용하여 기존 레이더로는 탐지가 불가능한 스텔스 전투기를 탐지할 수 있는 군사용 양자레이더에 대한 연구도 진행 중이다.

 

미국은 2018년 백악관 주도로 “국가양자이니셔티브 법안(NQI Act)”을 제정하여 기술개발에 집중지원하고 있다. 바이든 정부 또한 인공지능과 더불어 양자기술 분야의 연구개발을 우선시할 것으로 전망된다.

 

중국 또한 2020년 시진핑 주석이 직접 양자기술의 주도권 확보를 지시하였으며, 관련 투자를 확대하고 있다.

 

▲ 국가별 양자기술 관련 주요 정책 비교  © 특허뉴스

양자정보기술 관련 시장규모도 지속적으로 커져, 2030년까지 136조원에 이를 것으로 전망된다. 특히 양자컴퓨팅 시장규모는 2020년 6조원에서 2030년 107조원으로 10년간 약 18배 성장하며 양자정보기술 전체의 79%를 차지할 것으로 예상된다.

 

▲ 양자정보기술의 세계 시장 성장규모 전망< 출처 : IQT Report(’19) >  © 특허뉴스

양자정보기술 분야의 기술패권 경쟁은 특허분석을 통해서도 확인할 수 있는데, 특허청에 따르면 지난 10년간 지식재산 선진 5개국(한국, 미국, 중국, 유럽, 일본)에 출원된 양자정보기술 관련 특허는 10년간 총 6,777건으로 조사됐다. 2010년 286건에서 2018년에는 1,219건으로 약 4배 증가했고 연평균 19.9%씩 지속적으로 늘어나고 있는 것으로 나타났다.

 

▲ 양자정보기술 출원 동향  © 특허뉴스

국가별로 보면, 미국 2,223건(33%), 중국 1,978건(29%), 유럽 1,296건(19%), 일본 665건(10%), 한국 615건(9%) 순으로 미국과 중국에 출원된 건이 전체의 62%를 차지하고 있다.

 

세부 기술별로는 양자컴퓨팅 2,572건, 양자암호통신 2,711건, 양자센서 1,494건으로 양자컴퓨팅과 보안통신 분야의 출원이 많으며, 특히 빅데이터 분석과 인공지능 기술이 부각됨에 따라 꿈의 컴퓨터라고 불리는 양자컴퓨팅 관련 출원이 매년 30%이상씩 가파르게 증가하고 있다.

 

양자컴퓨팅 분야의 주요 출원인은 IBM(408건, 15.9%), 구글(233건, 9.1%), 노스롭 그루먼(201건, 7.8%), 디웨이브(D-wave)(157건, 6.1%), 마이크로소프트(154건, 5.9%), 인텔(147건, 5.7%) 등으로 전체 출원의 절반 이상을 차지하고 있다.

 

특히, IBM의 경우 우리나라를 제외한 모든 국가에 가장 많은 특허를 출원하여 이 분야 특허경쟁에 앞서 나가고 있으며, 우리나라에서는 미국 군수기업인 노스롭 그루먼이 가장 많은 출원을 하고 있다.

 

양자암호통신 분야의 주요 출원인은 도시바(203건, 7.4%), 화웨이(89건, 3.2%), SKT(IDQ)(77건, 2.8%), 알리바바(58건, 2.1%) 등으로 이들 4개 기업이 전체 출원의 15.5%를 차지하고 있다.

 

이들 기업 중 도시바가 미국, 유럽, 일본에 가장 많은 특허를 출원하였으며, 우리나라에는 SK텔레콤이 가장 많은 특허를 출원했다.

 

양자센서 분야의 경우 아직 전체 출원 건수가 많지는 않으나 파운드리 반도체 선도 기업인 대만의 TSMC(132건, 8.8%)가 가장 많은 특허를 출원하고 있어, 양자센서 관련 원천기술 확보에 나선 것으로 보인다.

 

 

▲ 양자센서 주요 출원인 현황  © 특허뉴스

 

[국내 특허출원 동향]   국내 특허출원 동향을 살펴보면 최근 10년간 양자컴퓨팅 202건, 양자암호통신은 307건, 양자센서 106건으로, 양자정보기술과 관련된 특허출원이 아직은 많지 않은 것으로 나타났다.   세부 기술별로 국내 출원인이 차지하는 비중을 보면, 양자암호통신 73.2%(225건), 양자컴퓨팅 40.5%(82건), 양자센서 26.4%(28건)으로 정부에서 인프라구축을 지원하고 있는 양자암호통신 분야에서 내국인의 출원이 많으며, 양자컴퓨팅과 양자센서의 경우에도 2019년부터 정부에서 R&D 예산을 투자하여 관련 기술개발을 활성화하고 있으므로 앞으로 이 분야의 국내출원도 많아질 것으로 기대된다.

 

각 분야별 주요 출원인들을 보면 미국은 양자컴퓨팅 기술에, 중국은 양자암호통신 기술에 더욱 집중하고 있는 것으로 나타났다. 특히 미‧중간 기술패권 경쟁이 부각된 2017년부터 특허 출원이 급증하고 있어 양자정보기술 분야에서의 국가간 기술패권 다툼이 선제적 특허권 확보 경쟁으로 이어지고 있는 것으로 보인다.

 

양자정보기술의 산업적 활용은 아직 시작단계로, 정부의 본격적인 R&D 투자와 함께 연구기관의 협력을 통해 핵심 기술을 개발하고 특허를 확보해 나간다면 주요국과의 기술격차를 빠르게 줄일 수 있을 것으로 기대된다.

 

특허청 인공지능빅데이터심사과 강민성 심사관은 “양자정보기술은 가까운 미래에 큰 파급효과를 가져올 기술이라는 점에서, 세계적 IT 기업들은 이미 이 기술에 대한 지식재산을 확보하기 위해 치열한 경쟁을 시작하였다”라고 강조하면서, “특허청에서는 ①관련 특허 동향을 파악하여 신속하게 산업계에 제공하고, ②전문 심사인력을 추가로 확보하여 고품질의 특허심사서비스를 제공할 것이며, 또한 ③이 분야 특허분류 체계를 정립하기 위해 국제적인 논의에도 적극적으로 참여할 예정”으로, “이를 통해 국내 기업들도 양자정보기술에 대한 경쟁력을 확보할 수 있도록 적극적으로 지원하겠다”라고 말했다.

 

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