[신문과 놀자!/피플 in 뉴스]꿈의 ‘양자컴퓨터’ 기술을 현실로 이끈 김정상 교수

최근 생성형 인공지능(AI)의 폭발적인 성장과 함께 천문학적인 전력 소모와 하드웨어의 한계라는 새로운 문제가 생겨났습니다. 반도체를 더 작게 만드는 기존 방식이 물리적 한계에 다다르면서 전 세계 과학기술계는 슈퍼컴퓨터보다 수억 배 빠른 연산이 가능한 돌파구를 찾고 있습니다. 이러한 미래 기술 경쟁의 중심에는 한국인 과학자 김정상 미국 듀크대 석좌교수(사진)가 있습니다.

김 교수는 서울대 물리학과를 졸업하고 미국 스탠퍼드대에서 물리학 박사 학위를 받았습니다. 이후 세계적 연구기관인 벨연구소에서 연구원으로 일하며 눈에 보이지 않는 미시 세계의 물리 현상을 연구했습니다. 그는 양자역학의 원리를 이용해 기존 컴퓨터의 한계를 뛰어넘는 새로운 계산 방식을 연구하기 시작했습니다. 2004년 듀크대 교수로 임명된 뒤 본격적으로 양자컴퓨터 개발에 뛰어들었습니다. 그 성과를 인정받아 최근에는 듀크대의 과학기술 전략을 총괄하는 최고 과학기술 전략가로 임명되기도 했습니다.

양자컴퓨터는 일반 컴퓨터가 0 또는 1만 처리하는 것과 달리 ‘양자중첩’ 원리로 여러 계산을 동시에 수행합니다. 마치 한 사람이 한 길만 갈 수 있는 것이 아니라 여러 갈림길을 동시에 탐색하는 것과 비슷합니다. 그래서 신약 개발, 기후 변화 예측, AI 발전, 신소재 연구 등 인류의 난제를 해결할 차세대 기술로 주목받고 있습니다.

하지만 양자컴퓨터를 만드는 일은 매우 어렵습니다. 양자 상태는 작은 진동이나 열에도 쉽게 깨지기 때문입니다. 김 교수는 전기를 이용해 이온을 공중에 가둔 뒤 정밀하게 제어하는 ‘이온트랩(Trapped Ion)’ 기술에 집중했습니다.

그는 수십 년 동안 이 분야를 연구하며 안정적이고 정확한 양자컴퓨터 구현 기술을 발전시키는 데 큰 역할을 했습니다.

그의 가장 큰 업적은 연구실의 성과를 산업으로 연결해 양자컴퓨터 상용화의 길을 넓힌 것입니다. 2015년 동료 과학자 크리스토퍼 먼로 교수와 함께 양자컴퓨터 기업 아이온큐(IonQ)를 창업했고, 아이온큐는 세계 최초의 순수 양자컴퓨팅 상장기업으로 성장했습니다. 이러한 공로를 인정받아 올해 4월 대한민국 과학기술계 최고 영예인 과학기술훈장 ‘창조장’을 수상했습니다. 정부는 이온트랩 기반 양자컴퓨터의 확장 구조를 세계 최초로 도입해 상용화의 핵심 기술을 확보한 공로를 높이 평가했습니다.

김 교수는 여러 강연과 인터뷰에서 양자기술이 컴퓨터뿐 아니라 자동차, 교육, 의료 등 다양한 산업의 혁신을 이끌 것이며, 미래에는 AI와 양자기술의 결합이 새로운 변화를 만들어 낼 것으로 전망하고 있습니다.

우리는 김 교수의 삶을 통해 ‘기초과학의 힘’을 발견할 수 있습니다. 이온 하나와 레이저 한 줄기를 연구하던 실험실의 작은 도전이 오늘날 세계가 주목하는 산업으로 성장했습니다. 지금 교실에서 배우는 수학과 과학도 언젠가 인류가 해결하지 못한 문제를 푸는 열쇠가 될 수 있습니다. 여러분은 미래의 어떤 문제에 도전하고 싶나요.