미국, ‘포스트 AI 시대’ 주도를 위한 양자컴퓨팅 전략 가속화

AI 이후 차세대 기술 경쟁의 핵심 분야에 관한 관심이 높은 가운데, 양자 컴퓨팅이 그 정점으로 부상하고 있다. 이는 양자컴퓨터가 기존 디지털 컴퓨터와 달리 막대한 데이터를 동시에 계산하고 복잡한 문제를 초고속으로 해결할 수 있는 잠재력을 지녔기 때문이다. 슈퍼컴퓨터가 수개월에 걸쳐 수행해야 하는 암호 해독, 신약 설계, 신소재 탐색, 기후 예측과 같은 고난도 연산을 양자컴퓨터는 단 몇 초에서 몇 분 만에 처리할 수 있을 것으로 기대된다.

이러한 전략적 중요성을 인식한 미국 정부는 연방 차원의 연구 및 인력 양성 체계를 강화하고 있다. 2025년 11월 4일, 미국 에너지부(U.S. Department of Energy, DOE)는 6억2500만 달러 규모의 예산을 5곳의 ‘국가 양자 정보 과학 연구센터(National Quantum Information Science Research Centers, NQISRC)’의 차세대 연구 프로그램에 지원하겠다고 공식 발표했다.

이 센터들은 2018년 12월 트럼프 대통령이 서명한 「국가 양자 이니셔티브 법(National Quantum Initiative Act)」에 따라 설립된 기관들로, 미국의 양자 과학 및 기술 리더십을 한층 강화하는 것을 목표로 한다. 미국 에너지부는 이번 투자로 양자컴퓨팅, 하드웨어 등의 분야에서 미국의 주도권을 확고히 하겠다는 의지를 보였다.

이러한 투자를 받는 다섯 개의 연구센터(NQISRC)는 양자컴퓨팅, 시뮬레이션, 네트워킹 등 전 분야에서 기초 과학, 핵심 소재, 양자 기술을 아우르는 연구를 수행하게 된다.

< DOE 선정 5대 국가 양자 정보 과학 연구센터 >

[자료: DOE]

‘양자 컴퓨팅 허브’로 부상하는 시카고

미국 에너지부 산하의 아르곤 국립 연구소와 페르미 국립 가속기 연구소 등 주요 연구센터 두 곳은 모두 일리노이에 있다. 일리노이주와 시카고 일대에는 양자 정보 과학 연구 기관, 산업체, 정부-지자체가 협력해 양자 기술의 연구에서 상업화로 이어지는 생태계를 구축하기 위한 노력이 진행 중이다.

특히, 시카고 남부에서 추진 중인 ‘일리노이 퀀텀 & 마이크로일렉트로닉스 파크(Illinois Quantum & Microelectronics Park, IQMP)’ 프로젝트가 2025년 10월 착공에 들어가며, 미국 내 양자·반도체 산업 클러스터 재편의 핵심 거점으로 주목받고 있다. 해당 부지는 과거 US 스틸 사우스웍스(US Steel South Works) 공장 터로, 약 128에이커(약 52만㎡) 규모다. 총투자 규모는 90억 달러 이상이며, 일리노이 주정부는 인프라 정비 및 세제 인센티브를 포함해 5억 달러 이상을 지원한다.

시카고대학교(University of Chicago), 일리노이대학교 어배너-샴페인캠퍼스(UIUC), 그리고 아르곤 국립 연구소 등이 참여해 공동 연구와 인력 양성 프로그램을 운영할 예정이다.

양자·반도체 융합 산업단지로 조성

IQMP는 양자 컴퓨팅과 반도체 기술을 융합한 기술을 연구하고, 실험하고, 실제 생산까지 이어지는 기능을 갖춘 ‘풀 밸류체인(Full Value Chain)’형 혁신단지로 운영될 계획이다. 대표 입주 기업으로는 양자컴퓨터 개발사 사이퀀텀(PsiQuantum)이 참여하며, 이 외에도 초저온 장비, 반도체 장비, 고성능 컴퓨팅, 인공지능 관련 글로벌 기업들이 연구와 생산 시설이 함께 운영될 예정이다.

개발사 측은 프로젝트를 3단계로 추진하고 있다. 1단계(2025~2027년)는 연구시설 건립과 인프라 조성 단계로, 양자칩 시험 시설·청정실·극저온 실험실 등 연구 중심 공간이 구축된다. 2단계(2028~2030년)는 반도체 제조 및 테스트 허브 구축이 핵심이다. 이 단계에서는 양자소자와 반도체를 함께 생산하고 검증할 수 있는 제조 라인이 마련된다. 마지막 3단계(2030년 이후)는 상업·주거 복합단지 조성으로, 산업단지 내에 기업 연구소, 스타트업 공간, 상업시설, 주거 공간이 함께 들어서 ‘일하고·연구하고·살 수 있는’ 통합형 커뮤니티로 완성될 예정이다.

< 일리노이 양자 및 마이크로일렉트로닉스 파크 조감도 >

[자료: IQMP]

전망 및 시사점

IQMP 착공은 미국이 양자컴퓨팅 연구개발을 실제 산업에 활용하려는 단계로 들어섰다는 신호로 볼 수 있다. 특히 미국 에너지부는 양자 시뮬레이션을 활용한 전력망 최적화 및 신소재 개발을 추진하고 있으며, 민간 부문에서는 신약 설계·물류 최적화 등의 분야에서 양자컴퓨팅 기술을 적용하고자 한다. 이에 따라 IQMP는 이러한 기술 수요를 산업 공급망과 직접 연결하는 테스트베드 역할을 할 것으로 전망된다.

양자컴퓨팅 하드웨어 개발에는 극저온 냉각 장치, 초고진공 설비, 정밀 측정기기 등 고도의 정밀성이 요구되는 부품과 소재가 필수적이다. 이에 따라 관련 부품과 장비의 수요도 꾸준히 증가할 전망이다. 예를 들어, 글로벌 반도체 검사 장비 기업 테라다인(Teradyne)은 복잡해지는 칩 구조에 대응해 고성능의 테스트 장비를 선보이며 “정밀 측정 기술의 중요성이 더 커지고 있다”라고 강조했다. 현재 IQMP에는 미국의 양자 기술 기업 인플렉션(Infleqtion)을 비롯한 다수의 글로벌 기업이 연구소 및 생산 시설 설립 계획을 발표하며 참여를 확대하고 있다. 이에 따라 미국 시장 진출을 모색하는 한국 기업들은 냉각, 진공, 반도체 정밀 측정 장비 등 핵심 부품과 관련 기술 역량을 기반으로 미국 기업과의 협력 기회를 적극적으로 발굴할 수 있을 것으로 기대된다.

자료: U.S. Department of Energy, NVIDIA, Teradyne, IQMP, UChicago, Related Midwest, KOTRA 시카고무역관 자료 종합