[고려대 스타트업 2022] 큐심플러스 “시뮬레이터, 암호통신으로 양자 시대 이끈다”

[IT동아 x 고려대학교] 고려대학교는 2018년부터 연구부총장 직속의 스타트업 창업·보육 기관 '크림슨창업지원단'을 운영 중입니다. 예비 창업가의 꿈을 현실로 이끌고, 고려대학교의 기반 시설을 활용해 스타트업 창업과 성장을 모두 돕는 지원 프로그램으로 이름 높습니다. 크림슨창업지원단에서 꿈을 이룬 고려대학교 구성원들의 이야기, 그리고 이들이 세운 유망한 교원·학생 기업을 소개합니다.

[IT동아 차주경 기자] ‘양자(Quantum)’ 기술은 우리의 생각의 범위와 기술의 영역을 크게 넓힐, 무궁무진한 가능성을 가진 기술로 불린다. 양자 고유의 ‘불확정성’ 덕분이다. 지금까지의 사람의 생각과 직관을 벗어나는 이 불확정성, 미지의 영역이 보여준 가능성이 기술의 진보를 이끈다.

양자 컴퓨터를 예로 들면, 기존 컴퓨터는 0과 1로만 연산과 데이터 처리를 했다. 반면, 양자 컴퓨터는 0과 1은 물론 0과 1이 공존하는 상태에서 연산과 데이터 처리를 한다. 그 밖의 양자 기술도 기존 산업과 어울려, 혹은 완전히 새로운 산업을 만들며 기술과 우리 삶의 양상을 조금씩 바꾼다.

고려대학교 크림슨창업지원단이 보육하는 스타트업 ‘큐심플러스’는 양자 정보 기술, 그 중에서도 양자 인터넷(암호통신)을 다룬다. 아직 초보 단계인 양자 인터넷의 핵심 기술은 '양자 컴퓨터', 그리고 양자 센싱 정보를 있는 그대로 전송하는 '네트워크'다. 양자 기술 연구자이자 고려대학교 교수이기도 한 노광석 큐심플러스 대표의 전문 분야가 바로 양자 통신을 양자 인터넷으로 확장하려는 연구다.

양자 기술을 연구 개발하고 알리던 그는 큰 장벽에 부딪혔다. 양자 기술을 다루려면 어려운 수학과 물리학을 알아야 한다는 인식 때문에 양자 연구자가 좀처럼 모이지 않았다. 게다가, 양자는 눈에 보이지 않는다. 연구와 실험, 개발 과정 모두 눈에 보이지 않는 탓에 기술의 수정이나 변경이 어렵고, 애써 결과를 만들어도 이를 증명하고 알리기 어렵다. 그러니 다른 기술 영역에도 적용하기 어렵다. 양자 기술이 성장할 기반, 성장을 이끌 인력, 이들에게 보여줄 성장의 청사진 모두 모자란 셈이다.

노광석 교수는 이 장벽을 없애지 못하면 양자 기술의 생존 자체가 어려울 것으로, 나아가 세계 양자 기술 시장에서 우리나라가 현저히 뒤쳐질 것으로 우려한다.

노광석 교수는 양자 기술의 장벽을 없앨 도구로 ‘양자 시뮬레이터’를 선택했다. 양자 기술의 효용을 검증하는 양자 실험은 하기 복잡하고 까다롭다. 일반 실험은 이론과 절차에 따르기만 하면 일정한 결과를 얻는다. 반면, 양자 실험은 불확정성 때문에 이론과 실제가 판이하게 진행되는 경우가 많다. 그래서 시행착오를 많이 겪는다.

그런데, 양자 실험 부품과 장비의 가격은 아주 비싸다. 그나마도 수급하기 어려워 실험을 한 번 준비하는데 대개 6개월 이상 시간이 걸린다. 양자 실험을 한다고 해도, 그 절차와 결과는 눈으로 확인 불가능하다. 그렇기에 중소규모 기업이나 연구실은 양자 실험을 하기 어렵다. 하지만, 이 실험을 하도록 돕는 시뮬레이터가 있다면? 양자 연구와 실험을 촉진할 것이다.

실험에 시뮬레이터를 활용하는 방법은 이미 이동통신 부문에서 검증됐다. 그래서 노광석 대표는 이동통신 이외의 부문에 적용할 '범용 양자 시뮬레이터'를 만들기로 결심한다. 그러면 기업이나 연구소가 양자 실험을 이전보다 손쉽게 하고, 절차와 결과도 눈으로 확인 가능할 것이다. 이 결과를 앞세워 양자 기술의 효용을 널리 알리면 양자 기술에 세워진 장벽을 허물고, 양자 통신의 확장형인 양자 인터넷의 보급 시기도 앞당길 것이라는 계산도 마쳤다.

노광석 대표는 큐심플러스를 함께 세우고 운영할 공동 창업자를 찾았다. 가장 먼저 허준 고려대학교 교수를 CSO로 초빙했다. 허준 교수는 노광석 대표의 지도 교수이자, 우리나라 학계에서 처음으로 양자 통신 실험에 성공한 대가다. 그는 양자 시뮬레이터를 개발해 기술 발전을 이끌고, 양자 기술의 활용 영역을 넓히려는 노광석 대표의 계획을 듣고 흔쾌히 CSO로 합류했다. 양자 통신 응용 이론의 최고 연구자를 섭외한 그 순간 노광석 대표는 뛸 듯이 기뻤다고 한다.

이어 노광석 대표는 신호 처리 기술을 하드웨어로 만들 전문가로 자신의 대학교 연구소 후배였던 CTO를 찾아간다. CTO는 이동통신 채널 코딩 15년 경력자이자, 양자 신호 처리 기술의 핵심인 오류정정부호의 설계 전문가다. 노광석 대표가 1년 가까이 설득한 끝에 CTO도 큐심플러스에 합류한다.

노광석 대표는 허준 CSO와 CTO의 조언에 따라 양자 시뮬레이터를 하드웨어가 아닌 소프트웨어로 만들기로 결심했다고 한다. 만들기 어렵고 쓰기 까다로우며 가격도 비싼 양자 하드웨어는 또 하나의 장벽이 될 가능성이 있다. 반면, 양자 소프트웨어는 범용성이 넓고 구현도 비교적 쉽다는 이유다. 그렇게 수 개월 연구 개발을 거쳐, 큐심플러스는 양자 시뮬레이터를 선보였다.

양자 전문가가 만든 시뮬레이터는 무엇이 어떻게 다를까? 사실 이전에도 양자 시뮬레이터는 있었으나, 한계가 명확했다. 특정한 실험에만 특정한 방법으로 적용 가능했고, 그 이외의 실험에는 적용 불가능했다. 즉, 실험을 가정하는 시뮬레이터보다는 특정 실험 결과를 증명하는 절차에 가까웠고, 그 탓에 활용 범위가 아주 좁았다.

실험 결과를 양자 시뮬레이팅 하더라도, 절차와 결과를 보기 쉽게 시각화하는 기술도 없었다. 유럽의 한 기업이 시각화 가능한 양자 시뮬레이터를 선보였지만, 양자 네트워크의 일부에만 적용 가능한 것이어서 범용성이 떨어졌다.

큐심플러스의 양자 시뮬레이터는 이들 단점을 해결했다. 먼저 범용성이 우수하다. 실험자의 생각을 변환 절차 없이 그대로 대입하면 시뮬레이션을 거쳐 결과를 시각화해 보여준다. 이전에는 연구자가 양자 실험 논문을 보더라도, 그 실험을 소프트웨어로 재현하는 것이 불가능했다. 그러려면 양자 실험 논문을 이해하고 소프트웨어에서 동작 가능한 형태로 구현해야 하는데, 설정값에 따라 재구성 방법이 많이 달라지기 때문이다.

반면, 큐심플러스의 양자 시뮬레이터는 재구성 없이 양자 실험 논문에 있는 정보와 설정만으로도 실험을 하도록 돕는다. 양자 실험 데이터, 그리고 꾸준히 바뀌는 실험 결과를 유기적으로 연동하는 것도 큐심플러스만의 기술이다. 8개월 이상 연구 개발한 이 기술 덕분에 범용성이 우수한, 다양한 양자 실험에 손쉽게 적용 가능한 시뮬레이터를 만들었다고 노광석 대표는 강조한다.

이 양자 시뮬레이터는 양자 시뮬레이션의 절차와 결과를 보기 쉽게 시각화해 알려주는 기능도 가졌다. 즉, 기존 양자 실험뿐만 아니라 앞으로 나올 실험 전반에 대입 가능한, 나아가 양자 네트워크 실험에도 적용 가능한 시뮬레이터를 개발한 셈이다.

단, 한계도 있다. 노광석 대표는 큐심플러스의 양자 시뮬레이터가 오늘날의 산업, 기술 전반에 대입 가능할 정도로 성능이 우수하지만, 지금의 양자 통신 기술의 발전 현황을 넘어서지는 못한다고 솔직히 밝혔다. 큐심플러스의 기술력이 뒤떨어져서가 아니다. 양자 통신은 이미 오래 전부터 연구 개발돼, 기술이 상당 부분 진보한 부문이라서다. 대신, 그는 양자 통신을 뒷받침할 다른 기술을 실험하고 연구 개발할 때 자사의 양자 시뮬레이터가 큰 위력을 발휘한다고 강조했다.

성능이 혁신적인 양자 시뮬레이터를 개발한 큐심플러스지만, 성장 과정은 순탄하지 않았다. 앞서 언급한 양자 기술의 장벽, 그리고 특성 탓이다. 양자 기술은 쉬이 이해하기 어렵고 실험 결과물도 눈으로 확인 불가능하다. 하물며 양자 실험을 가상으로 하도록 돕는, 촉진제 역할을 하는 시뮬레이터의 개념은 더욱 이해하기 어렵다.

그래서 노광석 대표는 양자 시뮬레이터를 알리려고 이곳저곳을 발로 뛴다. 고객사가 원하면 직접 가서 양자 시뮬레이터의 원리와 장단점, 결과물을 수 시간 이상 설명하는 수고를 마다하지 않는다. 그럼에도 그는 양자 기술과 시뮬레이터의 장점을 알리는 것이 여전히 어렵다고 한다. 양자는 어려운 기술이라는, 그래서 활용하기 어렵고 적용할 범위도 좁을 것이라는 인식을 바꾸기 어렵다고 한다.

노광석 대표는 고려대학교와 크림슨창업지원단의 지원이 어려움을 극복하는 데 큰 힘이 됐다고 말한다. 고려대학교 초신뢰양자인터넷센터와 양자사피엔스인력 양성 센터 등 관련 기관이 큐심플러스를 직간접 지원한다. 고려대학교 디자인조형학부도 큐심플러스 양자 시뮬레이터의 UI(User Interface, 사용자 환경)를 다듬는 데 몰두 중이다.

큐심플러스의 공동 창업자 세 명은 모두 연구자다. 그래서 스타트업 운영이 다소 서툰데, 사무 공간 확보와 홍보 마케팅 등 운영 일부를 고려대학교 크림슨창업지원단이 지원한다. 운영 전반을 도울 뿐만 아니라 경쟁 기관의 스타트업 보육 프로그램에도 추천하는 등, 큐심플러스의 성장 하나만 바라보고 돕는 크림슨창업지원단 덕분에 노광석 대표는 연구 개발에만 몰두해 성과를 냈다고 말한다.

이들 지원에 힘입어 큐심플러스는 2023년 상반기 양자 시뮬레이터를 출시할 예정이다. 홍보 마케팅을 본격 펼칠 시점도 이 때다. 그 전에 올해 11월, 노광석 대표는 국방부 M&S 학회에 참가해 국방 연구 부문에서 양자 시뮬레이터의 효용이 얼마나 높은지 증명한다.

2023년 초, 큐심플러스는 세계 최대 규모 기술·기기 전시회인 미국 CES 2023에 참가해 세계 양자 기술 시장에 이름을 알린다. 이어 치러질 모바일 기술·기기 전시회 MWC 2023 출전도 기획 중이다. 물론, 우리나라 기업이나 연구소와 협업하고 양자 연구 성과를 내는 것도 소홀히 하지 않는다.

노광석 대표는 나아가 양자 네트워크, 양자 인터넷 시장을 바라본다. 세계 양자 기술 업계가 연구 개발 중인 양자 컴퓨터는 클라우드로 동작한다. 이 때 클라우드 데이터 전송은 기존 신호가 아닌, 양자 신호가 담당한다. 이 양자 신호 부문에서 최고의 기업으로 자리 잡는 것이 큐심플러스의 청사진이다.

노광석 대표는 “양자 통신 기술은 상용화를 앞둘 정도로 발전했지만, 그 밖의 양자 기술은 아직 기지개도 켜지 못했습니다. 큐심플러스는 양자 시뮬레이터를 포함한 양자 인터넷 기술을 연구 개발해 양자 산업, 나아가 다른 산업과의 동반 성장을 이끌려 합니다. 이를 토대로 양자 컴퓨터 시대를 앞당기고, 우리나라가 양자 기술 강국으로 자리 잡도록 하겠습니다.”고 밝혔다.

글 / IT동아 차주경(racingcar@itdonga.com)