미중 기술패권 경쟁과 양자컴퓨팅 정책 동향

2000년대 중반 양국은 양자기술에 대한 중요성을 인지하고 서로 견제하며 국가 주도의 개발계획을 수립하기 시작하였다.

미국은 오래전부터 양자컴퓨팅 연구가 진행되었으나 기존에는 각 부처·기관별로 다양하게 추진되고 있었다. 2008년 연방정부 차원에서 ‘양자정보과학비전’을 수립하고 연구개발의 우선순위를 조정하였다. 이를 통해 양자기술 분야의 국가적 해결 과제를 도출하였으며 양자컴퓨터 기술 개발을 본격적으로 추진하였다.

중국은 2006년 ‘국가중장기과학기술발전계획’을 발표하면서 양자기술 분야가 최초로 국가 정책에 포함되었다. 중국은 향후 15년간 중점적으로 추진할 국가 전략 미래기술 4대 분야를 발표하였는데, 그 중 한 분야가 양자제어였다[6].

미국은 ‘국가양자이니셔티브법안(NQI)’을 통해 최대 12억 달러, 중국은 양자정보과학국가연구소 예산에만 1,000억 위안을 확보하는 등 국가 주도의 대규모 투자가 추진되고 기업 간 기술 개발 경쟁이 본격적으로 이루어진 시기이다.

미국은 연방정부 부처와 국가 연구소를 중심으로 대규모 예산 및 시간이 소요되는 하드웨어 중심의 연구개발 정책과 인력정책을 추진하였다. 민간에서도 구글, IBM, 인텔 등 빅테크 기업들이 양자컴퓨터 개발 및 양자컴퓨터 클라우드 서비스를 준비하고 기업 간 협력을 통해 활용사례를 만들어 가는 등 양자컴퓨터 상업화를 위한 기술 개발 경쟁이 성과로 이어졌다. 정부의 기초 연구자원 마련과 빅테크 기업 간 경쟁은 미국이 양자컴퓨터 분야에서 선두를 지킬 수 있었던 배경이었다.

양자기술은 안보 분야의 다양한 활용성 측면에서 미래의 창과 방패 역할을 할 것으로 예상된다[7]. 암호해독 등을 가능케 해주는 양자컴퓨터가 창으로 표현된다면 암호해독이 불가능한 양자통신은 방패 역할을 한다. 중국은 초기에 방패 역할을 하는 양자 통신에 먼저 주력하면서 자국의 정보를 보호하고자 하였다.

중국은 ‘국가중장기과학기술발전계획’의 우산하에서 5년마다 국가과학기술계획을 발표하면서 국가전략기술의 개발을 체계적으로 추진하고 있다. 제12차 계획에서 양자통신을 포함하였고[8], 제13차 계획에서는 양자통신뿐만 아니라 양자컴퓨터까지 중대 과학기술 프로젝트로 규정하고 있다. 국가 계획을 통해 양자기술 분야에 집중투자해 오던 중국은 제13차 계획의 대표 과학기술 성과인 양자통신위성 발사 성공(’16.8)을 시작으로, 2018년부터 양자컴퓨팅 분야에서도 주요한 성과를 보여주기 시작하였다[9].

미국은 중국의 기술 추월을 경계하면서 2018년 12월 NQI법을 제정하였다[10]. NQI를 통해 양자 기술 R&D에 대한 전략적 투자를 촉진하면서 미국의 기술우위를 유지하고자 하였다. NQI는 향후 10년에 걸친 연방정부의 양자 분야 우선과제 선정, R&D 목표 설정, 성과평가 및 투자계획 등을 제시하고 있다. 특히, 백악관 국가과학기술위원회(NSTC)는 NQI의 다양한 정책 중 인재 양성이 미국의 우선 과제임을 밝힘으로써 인력정책의 중요성을 강조하였다.

미국의 탈중국화와 과학기술 신냉전이 공식화되고 중국이 과학기술강국을 위한 기술굴기를 강조하면서 미중 패권경쟁이 격화되었다. 이러한 경쟁은 경제 및 안보와 직결된 첨단 기술인 5G, 인공지능, 반도체 분야에서 시작하여 양자컴퓨팅 분야로 이어져 오고 있으며, 미국은 관련 기술에 대한 대(對) 중국 규제를 강력하게 시행하였다.

이에 중국은 과학기술혁신을 최우선 전략 과제로 선정하고 2021년 기술자립·쌍순환을 핵심키워드로 하는 ‘제14차 국가과학기술혁신계획’을 발표하였다[11]. 본 계획은 전략적으로 육성할 7대 분야에 양자통신·양자컴퓨터를 제시하고, 연구개발비를 매년 7% 이상 증액하여 관련 분야들을 집중적으로 육성하는 내용을 담고 있다.

미국은 중국의 제14차 계획에 대응하기 위해 대(對) 중국 견제 법안으로 ‘미국혁신경쟁법’(상원)과 ‘미국경쟁법’(하원)을 2021년, 2022년에 각각 발의하였다[12]. 동 법안들은 5년간 2천억 달러 이상의 예산을 투입하며, 미국의 첨단 산업 및 제조업의 기술 수준 향상과 각종 제재를 통한 첨단 산업 보호, 나아가 동맹국과의 공동 제재를 목적으로 하고 있다. 또한, 미국은 중국의 양자컴퓨팅 기술이 미군을 위협할 수 있다고 판단하고 중국 12개 기업에 양자컴퓨팅 기술 수출을 제한한다고 발표[13]하면서 양자기술을 중심으로 한 기술패권 경쟁을 한층 격화시키고 있다.

시기별로 살펴본 양국의 양자컴퓨팅 주요 정책을 표 1과 같이 요약 정리하였다.

미중 기술패권 경쟁이라는 신냉전 이면에는 경제·산업·안보에 엄청난 파급력을 가지고 있어 게임 체인저로 표현되는 양자기술이 존재한다.

반도체와 같은 기존의 첨단 산업 핵심 부문은 대부분 기술적으로 미국이 우월하며 산업 구조적으로도 파운드리·소재 부분에서 강자인 한국·대만·일본이 미국과 칩4 동맹을 맺어 틈새를 공략하기 쉽지 않아 전체적으로는 중국이 미국을 따라가기 어려운 것이 현실이다.

그러나 양자컴퓨팅 기술은 초기 단계이므로 중국이 기술우위를 가져갈 가능성이 존재하며, 실현될 경우 미국 군사력의 핵심 역량을 상쇄시키면서 잠재적으로 중요한 경제적 이점을 가져갈 수 있다. 이러한 이유로 중국은 정부 주도로 대규모 자금을 집행하면서 양자기술 확보에 전력을 다하고 있다.

미국은 빅테크 기업을 중심으로 민간 섹터에서 앞서고 있으나, 중국의 기술 추격에 대해 위기감을 느끼고 있다[14].

미국은 양자컴퓨팅 기술 수출 통제와 같은 직접적인 제재 외에도 다양한 방법으로 양자기술추격을 제어하기 위해 노력하고 있다. 현재의 양자컴퓨팅은 고전컴퓨터와 양자컴퓨터가 함께 활용되는 하이브리드 형태로만 운영할 수 있으므로, 미국은 컴퓨터의 핵심인 반도체를 규제¹⁾하여 중국의 양자 위협을 완화하려 하고 있다.

기술혁신 경쟁과 함께 미중 간 기술동맹 경쟁도 첨예하게 전개되고 있다. 미국은 자국의 양자기술 분야 주도권 유지를 위해서는 기술협력 강화가 필요하므로[15], 일본을 시작²⁾으로 양자기술 선도국과 기술동맹³⁾을 구축하고 있다. 우리나라도 2023년 4월 25일 한-미 양자과학기술 협력 공동성명서를 발표하면서 동맹국 중심의 양자과학기술 다자협의체⁴⁾에 13번째 국가로 참여하였다.

한편 민간부문에서는 구글과 IBM의 자금지원 아래 미·일 대학의 양자컴퓨터 개발 공동연구를 발표(’23.5)하기도 하였으며[16], 공동연구의 목적에는 중국 견제도 포함되어 있다.

중국 또한 개발도상국으로 표현되는 제3세계 국가들과의 기술동맹을 통해 양자컴퓨팅을 포함한 첨단기술 분야에서 미국의 기술동맹에 대응하고 있다[17].

양자기술이 미치는 파급력을 고려할 때 양국은 당분간 기술동맹 구축 및 패권경쟁을 지속할 것으로 예상된다.

2018년 제정한 NQI법은 미 행정부가 양자정보 과학을 발전시킬 다양한 정책 방안 추진을 명시하고 있으며, 앞서 언급했듯이 양자기술 인력양성은 NQI의 우선순위 과제이다[18].

미국은 ‘양자정보과학비전’ 수립 이후 연방 차원에서 R&D 연구자원 토대를 마련하고 인력을 양성했으나, 각계에서 여전히 필요한 인력에 대한 부족을 토로하고 있다. 이에 미국은 각계각층에서 필요로 하는 인력공급 계획인 ‘양자정보과학기술(QIST) 인력개발 국가 전략계획⁸⁾’을 발표(’22.2)하였다. 계획에서 NSTC는 인력양성 분야의 비전을 실현하는 전략적 접근법으로 표 2 [19]와 같이 4대 실행과제를 제시하였다.

2023년 2월 NQI법에 따라 연례보고서⁹⁾ [19]가 발간되었으며, 이 보고서는 국가 연방 QIST 연구개발 생태계의 연간 하이라이트와 QIST 관련 기관들의 정책 수행 진행 상황을 담고 있다. NQI 연례보고서의 인력양성 주요 내용을 표 2와 같이 QIST 4대 실행과제 관점에서 정리하였다. 표에서 알 수 있듯이 미국의 인력정책 방향성은 크게 ① 양자 교육의 초기 접근성 확대, ② 다양한 분야로의 양자 프로그램 확대를 통한 참여기회 증대로 나타나고 있다.

QIST 분야의 투자는 지속적으로 증가하고 있으며, 이와 함께 인력 수요의 급속한 증가도 예상된다. 미국은 국내 인력양성에는 많은 시간이 소요되는 점을 고려하여 QIST 인력 수요에 대응하고자 해외 고급 인재의 유치를 위한 정책을 마련 중이다[20].

중국 또한 고급인재 유치와 양성 두 가지를 과학 기술 인력 확보 전략으로 추진해왔다. 2008년부터 시행한 ‘천인계획’과 같이 초기에는 과학기술 관련 국내·외 고급인재 유치에 초점을 맞추었다[1]. 유치 정책을 통해 세계 과학기술을 선도하는 해외 유학생이 대거 중국으로 돌아왔으며, 중국 양자 분야의 권위자인 판젠웨이(潘建伟)도 오스트리아에서 귀국 후 중국의 양자 분야를 이끌고 있다. 중국은 ‘천인계획’에 이은 ‘만인계획’까지 수립하며 우수 인재 유치에 지속적으로 노력하고 있다. 이에 미국도 최고 과학자들이 중국으로 돌아가지 못하도록 다각도로 대응 정책을 마련하고 있다.

중국은 미국의 조치로 해외 인재 유치의 어려움에 봉착하면서 현재는 국내 과학기술인력 양성에도 노력하고 있다. 제14차 계획에서 기술혁신 최우선 과제로 제시한 7대 과학기술 분야에 인재를 공급하기 위한 내용을 담고¹⁰⁾ 국가 고급 인재 양성 계획을 마련하였다.

혁신역량을 가진 젊은 과학기술 인력양성에 중점을 두고 있으며, 우수 청년 과학기술지원단 조직 및 핵심 기업 유입, 청년 과학기술 인력 지원체계 개선, 청년 과학기술 인력의 주요 프로젝트 주도적 추진 지원과 같은 내용을 담고 있다.

또한, 2021년 초 중국의 교육부는 양자 정보 과학을 학부에 새로이 추가(중국과학기술대 양자정보과학과 설치)하였으며[21], 교육 현대화계획¹¹⁾의 일환으로 초등학교에 양자기술을 포함시키고자 하였다. 교육 현대화 계획은 기초 교육과정에서 아이들이 과학기술에 흥미를 갖게 하는 과정을 만드는 것을 목표로 하고 있다.

NQI 연례보고서의 인력 관련 주요 내용을 분석하면 초중등 교육과정에 양자 교육 프로그램을 다양하게 개발하는 등 미국은 고급 인력양성과 더불어 초기 양자 교육에 집중하는 전략을 수행하고 있다.

중국은 초기 해외 인재 유치 중심의 인력 확보 전략에서 선회해 국내 젊은 과학 인재 중점육성으로 정책지향점의 변화가 나타나고 있으며, 교육 현대화 계획을 통해 양자 분야의 기초교육 확대에도 힘쓰고 있다.

미국은 양자 분야 관련 기초과학 인재 토대 강화 및 다양성 확대, 중국은 엘리트 중심의 젊은 과학자 중점육성이라는 차이점도 있지만, 양자 교육의 기초교육으로 확대라는 공통적 정책지향점이 존재한다. 우리나라의 양자 분야 인력정책 수립 시 양국에서 중요하게 생각하는 기초교육에 대한 부분을 참고할 필요가 있다.

양국 모두 해외 인재에 대한 필요성을 인지하고 다양한 인재 유치 정책을 추진하였으며, 기술 수준 및 인력정책 목적에 따라 표 3과 같이 유치 정책에 집중하는 시기는 차이가 있었다.

양자 분야 인력정책의 궁극적인 목표는 필요로 하는 충분한 인력의 확보, 기술과 산업의 경쟁력을 이끌 우수 인재의 확보일 것이다. 양국에서 추진한 인력정책에 대한 효과를 알아보기 위해 논문데이터를 활용하였다. 대표적인 연구개발 결과물 중 하나인 특허도 활용할 수 있지만, 양자컴퓨팅은 산업보다 과학영역에 머물러 있는 기술이므로 인력분석을 위해서는 논문데이터가 더 적합하다고 판단하였다.

논문 계량 정보를 수집하기 위해 검색식은 KISTI 보고서[22]에서 제시한 검색식을 본 연구 목적에 맞게 수정하여 사용하였으며, 데이터베이스는 SCOPUS를 활용하였다. 총 55,873건의 논문이 수집(2022년 출판 기준)되었으며, 미국은 27.8%, 중국은 21.3%로 미국이 좀 더 많은 비중을 차지¹²⁾하고 있었다.

양자컴퓨팅 분야에서 앞서 연구를 진행한 미국이 2000년대 중반까지 확실한 경쟁우위를 점하고 있었지만, 중국이 ‘천인계획’을 추진하면서 인력을 확보한 2010년 이후부터는 격차를 해소하며 미국보다 우위를 점한 연도도 있었다. 해외 인력 유치 정책이라는 변수 하나만으로 출판 건수 증가를 모두 설명하긴 어렵지만, 해당 정책을 통한 인력 확보가 R&D 성과로 작용했다는 것을 유추할 수 있다(그림 2 참고). 또한, 해외 인력 유치 정책 효과는 R&D 투자시기(’09~’18)의 연평균증가율에서도 확인할 수 있다(표 4 참고).

그림 2

미중 논문출판 추이

Ⅱ장에서 구분한 정책 시기별로 논문데이터를 분석한 결과는 표 4와 같다. R&D 투자 시기에 미국은 논문의 연평균 증가율(CAGR)이 중국의 절반 정도에 그쳤으나, NQI를 중심으로 추진된 인력정책이 반영된 결과 최근에 들어와서 다시 중국과 유사한 수준으로 회복 추세이다.

표 5와 같이 질적 지표인 논문 피인용 수를 비교하면, 평균 피인용 수는 미국이 월등히 높은 수준이다. 피인용 상위 10%를 비교하더라도 그 간격은 커서 아직은 미국의 기술 수준이 높다고 평가할 수 있으나 간극은 점점 줄어드는 추세이다.

그림 3(a)와 같이 논문 저자 수 기준으로 연구인력을 분석하면, 규모 면에서 2010년 초 이후 중국이 미국을 추월하며 세계 최대 규모를 현재까지 유지하고 있으나 그림 3(b)와 같이 고급 연구인력은 여전히 미국이 중국을 앞서고 있다. 중국은 이를 자각하고 인적자본의 질적 향상을 위해 Ⅲ장 2절에서 살펴본 바와 같이 다양한 인력정책을 우수한 인적 자원 육성에 노력하고 있다.

그림 3

미중 논문 저자 수

(a) 전체 논문, (b) 피인용수 상위 10%

지금까지 논문데이터 분석결과를 토대로 살펴보면, 양적 지표인 논문 수와 저자 수는 중국이 이미 미국을 추월하고 있으나 질적 지표인 논문 피인용 수와 피인용 수 상위 10% 저자 수(고급 인재) 지표에서는 여전히 미국이 선두를 유지하고 있음을 알 수 있었다.