연합뉴스인공지능(AI)에 이어 양자컴퓨팅과 우주항공 산업이 차세대 국가 전략기술로 부상하면서 국가 성장전략의 중심이 AI에서 양자·우주로 확장되고 있다.
정부는 대규모 연구개발(R&D) 예산과 국민성장펀드·국부펀드 등을 앞세워 민간 자본만으로 감당하기 어려운 고위험·장기투자 분야에 정책 자본을 집중 투입하겠다는 구상이다.
단순한 산업 육성을 넘어 향후 10~20년 국가 경쟁력과 안보 지형을 좌우할 기술 전환기에 선제 대응하겠다는 의미로 해석된다.
R&D 35조·우주항공청 1조…국가 투자 확대
29일 정부에 따르면, 올해 우리나라 정부 전체 R&D 예산은 35조 5천억원 규모로, 주로 AI·반도체·우주 등 첨단 전략 분야에 투자를 집중할 방침이다. 과학기술정보통신부 관계자는 "확대된 예산을 인공지능과 에너지, 전략기술 등 기술 주도 성장 분야에 집중 투입할 예정"이라며 "기초연구 생태계를 복원하고 기업과 지역이 함께 성장하는 선순환 연구 생태계 조성도 추진하고 있다"고 말했다.
우주항공청의 올해 총 예산은 1조1201억원(전년 대비 16.1%↑)이다. R&D 예산만 9495억원(4.5%↑) 규모다. 우주항공청은 연구개발사업 종합시행계획을 통해 발사체(누리호 반복 발사·차세대 개발), 위성체계(초소형·군집형 위성), 민간 주도의 '스페이스 파이오니어 사업' 등에 집중 투자하고, 나로우주센터와 고흥발사장 클러스터를 통해 산업 먹거리 창출을 지원한다.
우주항공청은 누리호 5호기를 올해 3분기 중 발사할 계획이다. 내부적으로는 발사 준비 일정 등을 고려해 8월 중 발사를 검토하는 것으로 알려졌다. 단발성 발사 성공이 아닌, 반복 발사를 통해 산업화 단계로 진입하겠다는 구상으로 해석된다.
'포스트 AI' 양자…시장 급성장
양자컴퓨팅은 '포스트 AI' 기술로서 국가 전략의 전면에 올라섰다. 큐비트(Qubit·양자컴퓨터의 기본 계산 단위) 기반 연산을 통해 초고난도 최적화 문제를 풀 수 있어, 신약 개발과 신소재·차세대 배터리 설계, 물류·금융 모델링, 암호체계 검증 등 산업 전반에 파급력이 클 것으로 평가된다.
국내에서도 과기부가 2026년 업무계획에서 국산 양자컴퓨터 개발과 양자 활용 기업 육성을 명시하며, 양자기술 국가전략 수립을 통해 '양자-슈퍼컴 하이브리드 컴퓨팅 인프라'를 구축할 방침이다.
시장 성장세도 가파르다. 최근 리서치 네스터(Research Nester) 보고서에 따르면, 글로벌 양자컴퓨팅 시장 규모는 지난해 약 10억~12억 달러로 추정되며, 올해에는 14억7천만~20억 달러로 2배 가까이 성장할 전망이다. 연평균 성장률은 23.1% 수준으로, 2035년에는 95억5천만 달러 규모로 확대될 것으로 예측된다. 최적화 문제 해결 분야가 전체 시장의 약 33%, 클라우드 기반 양자컴퓨팅 서비스가 52%를 차지할 것으로 분석됐다.
기존 슈퍼컴퓨터로는 수천 년 이상 걸리는 계산을 양자컴퓨터가 단기간에 처리할 수 있게 되면, AI가 생성하는 방대한 모델과 시뮬레이션을 뒷단에서 받쳐 주는 연산 인프라 자체가 바뀌게 된다.
미국 달 탐사·유럽 QPU 경쟁…해외는 속도전
해외에서는 이미 우주항공과 양자컴퓨팅을 둘러싼 기술 경쟁이 한 단계 앞서 전개되고 있다.
미국은 인류를 50여 년 만에 다시 달로 보내는 '아르테미스 2호' 임무를 본격화하며 유인 심우주 탐사 시대 재개에 나섰다. 미 항공우주국(NASA)은 최근 차세대 우주발사시스템(SLS)과 유인 우주선 오리온을 플로리다주 케네디 우주센터 발사대에 안착시키고, 실제 발사 절차와 동일한 '습식 드레스 리허설'을 거쳐 이르면 다음 달 초 발사에 나설 예정이다.
양자컴퓨팅 분야에서도 기술 경쟁은 가속화되고 있다. 네덜란드 스타트업 퀀트웨어는 최근 1만 큐비트급 양자처리장치(QPU)를 공개하며 기존 대비 연산 능력을 100배 이상 끌어올렸다고 밝혔다.
글로벌 빅테크 기업들은 양자컴퓨터를 단독 시스템이 아닌 기존 AI·슈퍼컴퓨터와 결합하는 플랫폼 전략으로 확장하고 있다. 엔비디아는 그래픽 처리 장치(GPU) 가속 슈퍼컴퓨터와 양자 프로세서를 연결하는 하이브리드 플랫폼을 제시하며, AI·슈퍼컴퓨팅·양자 연산을 통합한 차세대 계산 생태계 구축에 속도를 내고 있다.
한때 양자컴퓨팅을 '20~30년 뒤 기술'로 평가했던 엔비디아 젠슨 황 CEO 역시 최근 "양자컴퓨팅이 변곡점에 도달했다"고 언급하며 관련 기업 투자에 나섰다. 이는 양자컴퓨팅이 연구 단계를 넘어, 실제 산업 연산에 활용될 가능성이 커지고 있음을 보여주는 신호로 해석된다.
'양자-우주-AI' 융합…산업 넘어 안보 기술로 확장
한국의 기술 경쟁력도 주목된다. 특허청에 따르면, 최근 12년간 강유전체 소자 기반 양자컴퓨팅 특허 출원에서 한국은 43.1%(395건)로 세계 1위를 기록했다. 미국·EU·일본·중국·한국 등 주요 5개국의 양자컴퓨팅 특허 출원 건수도 2014~2023년 총 9162건으로 연평균 증가세를 보이고 있다.
우주항공과 양자기술의 융합 가능성도 커지고 있다. 위성 궤도·연료·비행 경로를 최적화하는 시뮬레이션, 우주항법과 우주통신에 필요한 초정밀 계산, 양자 암호를 활용한 위성·지상 간 보안 통신 등에서 양자기술을 접목하려는 시도가 이어지고 있다.
실제 우주항공청의 2026년 계획에서도 광학감시시스템과 우주위험 대응 구축에 양자 최적화 기술 접목 가능성을 열어두고 있으며, '우주-양자-AI' 삼각 구상은 경제성장전략에서 'NEXT-AI' 실현의 핵심으로 거론된다.
일각에서는 대규모 AI 연산을 지상 데이터센터가 아닌 우주 기반 컴퓨팅·위성망으로 분산하는 이른바 '우주-양자-AI' 삼각 결합 구상도 거론한다.
안보 측면에서도 양자기술의 전략적 가치는 크다. 양자컴퓨터가 기존 공개키 암호(RSA)를 무력화할 수 있다는 우려가 커지면서 미국은 이미 '양자 내성 암호(PQC)' 표준을 확정하고 정부 전반에 도입을 추진 중이다.
우리 정부 역시 PQC 표준화와 국방·공공 수요 기반 기술개발을 국가전략에 포함시키며, 양자컴퓨팅을 정보 안보의 '게임체인저'로 규정하고 있다. 양자 기술을 선점한 국가가 정보 해독과 통신 보안에서 우위를 점할 수 있다는 점에서, 양자컴퓨팅은 산업 기술을 넘어 안보 기술로 분류되고 있다.
민간 한계 넘는 '인내 자본'…국민성장펀드 역할 부각
문제는 양자컴퓨팅과 우주항공 모두 대규모 초기 투자와 긴 회수 기간, 높은 기술 불확실성을 동시에 안고 있다는 점이다. 민간 자본만으로는 감당하기 어려운 구조다. 실제로 글로벌 양자 기업들 역시 기술력을 입증하고도 장기간 적자 구조를 벗어나지 못하고 있다.
이를 보완하기 위해 정부는 국민성장펀드와 국부펀드 성격의 대형 자본을 전략적으로 동원하겠다는 방침을 내놨다. 국민성장펀드는 당초 100조원 수준에서 150조원 이상으로 확대하는 방안이 추진되고 있으며, 투자 대상 역시 우주항공·AI·반도체·바이오 등 국가 전략 산업으로 좁혀가고 있다.
이 과정에서 국민성장펀드와 기업 주도의 BDC(비즈니스 개발 회사) 펀드를 연계해 정책 자금과 민간 자본이 함께 참여하는 구조도 검토되고 있다. 고위험 딥테크 분야에 정부가 마중물로 참여하고, 민간이 후속 투자와 사업화를 이어받는 역할 분담이다. 단기 수익에 민감한 벤처·사모 자본의 한계를 국가 자본이 보완하는 셈이다.
서울대 물리·천문학부 정현석 교수는 "정부가 단기 성과를 기대하기보다 양자 기술을 기초과학이자 기반 기술로 인식하고 장기적으로 연구개발을 지원할 필요가 있다"면서 "그러다 보면 측정 기술, 극저온 기술, 잡음 제어 등 다양한 분야에서 파생되는 기술적 부산물도 상당할 것"이라고 말했다.
정 교수는 이어 "양자컴퓨터 연구를 통해 기존 컴퓨터로는 다루기 어려웠던 물리계를 시뮬레이션하고 그 특성을 규명할 수 있을 것이고 양자역학의 가장 근본적인 수준을 검증하는 데까지 이어질 수 있다"며 "이는 지식의 진보 측면에서 매우 큰 의미를 갖는다"고 덧붙였다.
서울대 항공우주공학과 신상준 교수도 "우주항공은 비용이 많이 드는 분야인 만큼 국가 차원에서 장·단기 계획을 촘촘히 세우고, 이에 맞춰 예산을 적절히 배분하며 꾸준히 투자해야 한다"며 "특히 우주항공 분야는 국가 간 격차가 크고 상업 시장도 이미 형성돼 있어, 옥석을 가려 선택과 집중 전략을 취하는 것이 중요하다"고 강조했다.