양자컴퓨터 관련주, 그리고 아이온큐(IONQ) . 제왕은 누구인가?
안녕하세요~ 2025년의 전반기 마지막 달 6월 입니다. 오늘은 시장의 큰 관심을 받고 있는 여러 축 중에 가장 핫한 기술 중 하나인 양자컴퓨터에 관해 알아볼게요.
* 오디오 리뷰
1. 양자컴퓨터의 개념과 원리
- 기존 컴퓨터의 정보 기본 단위가 '비트(bit)'인 반면, 양자 컴퓨터의 정보 기본 단위는 '큐비트(qubit)'
- . 비트는 0 또는 1 중 하나의 값만을 가질 수 있지만, 큐비트는 양자역학적 특성 덕분에 0과 1의 상태를 동시에 가질 수 있음. 이러한 특성을 '양자 중첩(quantum superposition)'이라고 함.
- 큐비트는 실제로 양자 입자로 표현되며, 외부 제어 장치에 의한 정교한 조작을 통해 양자 컴퓨터의 연산 능력이 발현됨.
큐비트의 상태를 제어하고 측정하는 것이 양자 컴퓨팅의 핵심
2. 양자 컴퓨터의 핵심 작동 원리: 중첩, 얽힘, 결잃음
- 양자 중첩 (Quantum Superposition): 큐비트가 0과 1의 상태를 동시에 가질 수 있는 현상. 마치 동전이 공중에 떠 있는 동안 앞면과 뒷면의 상태를 동시에 가지는 것과 비유됨. 중첩 덕분에 큐비트는 고전 비트보다 훨씬 더 많은 정보를 표현할 수 있으며, 이는 양자 컴퓨터가 수많은 계산을 병렬적으로 동시에 처리할 수 있는 능력의 기반이 됨
- 양자 얽힘 (Quantum Entanglement): 둘 이상의 큐비트가 마치 보이지 않는 끈으로 연결된 것처럼 상호작용하는 현상. 얽힌 큐비트들은 물리적으로 아무리 멀리 떨어져 있어도 하나의 큐비트 상태가 결정되면, 다른 큐비트들의 상태가 즉각적으로 결정됨. . 알베르트 아인슈타인은 이를 '원거리에서의 으스스한 작용(spooky action at a distance)'이라고 표현. 얽힘 상태를 활용하면 개별 큐비트를 독립적으로 다루는 것보다 훨씬 더 강력한 정보 처리가 가능해져, 복잡한 문제를 해결하는 데 핵심적인 역할
- 결잃음 (Decoherence): 양자 컴퓨터가 해결해야 할 가장 큰 기술적 난제 중 하나는 '결잃음' 또는 '비일관성'. 큐비트가 외부 환경과의 상호작용(예: 미세한 온도 변화, 전자기장 노이즈, 방사선 등)으로 인해 중첩이나 얽힘과 같은 양자적 상태를 잃어버리고 고전적인 비트처럼 행동하게 되는 현상을 말함. 이를 위해 극저온 환경을 조성하고 외부 간섭을 차단하는 정교한 엔지니어링 기술이 요구됨.
3. 기존 컴퓨터와의 비교
특징기존 컴퓨터 (Classical Computer)양자 컴퓨터 (Quantum Computer)관련 자료
| 정보 단위 | 비트 (Bit): 0 또는 1 | 큐비트 (Qubit): 0, 1 및 이들의 중첩 상태 | |
| 계산 방식 | 순차적 처리 (Sequential Processing) | 양자 병렬 처리 (Quantum Parallelism) | |
| 정보 저장 | 확정적 값 (0 또는 1) | 불확실한 중첩 상태 (관찰 전까지) | |
| 속도 (특정 문제) | 상대적으로 느림 | 특정 문제에서 슈퍼컴퓨터 압도 (예: IBM 주장, 10억 년 vs 100초) | |
| 상태 복제 | 용이함 | 양자역학 원리에 따라 제한적 (정확한 복제 어려움) | |
| 오류 수정 | 상대적으로 용이 | 매우 어렵고 중요 (양자 상태 민감성으로 오류 발생 쉬움) | |
| 작동 환경 | 상온 | 극저온, 무잡음 등 매우 까다로운 환경 요구 (일부 방식) |
4. 글로벌 기술 현황
- 미국: 구글, IBM, 마이크로소프트 등 빅테크 기업들을 중심으로 연구개발이 활발하게 이루어지며 기술력에서 가장 앞서 있다는 평가. 이미 1,000 큐비트 수준의 양자 컴퓨터를 구현하는 데 성공했으며 , 미국 정부는 국가 양자 이니셔티브(National Quantum Initiative) 등을 통해 장기적인 연구개발 투자를 지속.
- 중국: 정부 주도의 막대한 투자를 바탕으로 빠르게 추격중. 2018년부터 2023년까지 양자 연구 사업에 약 19조 원이라는 천문학적인 금액을 투입한 것으로 알려졌으며 , 일부 특정 문제에서는 구글의 양자 컴퓨터 성능을 능가하는 결과를 발표.
- 유럽연합(EU): '퀀텀 플래그십(Quantum Flagship)' 프로그램을 통해 2018년부터 10년간 10억 유로를 투자하는 등 장기적인 관점에서 양자 기술 생태계 조성. 기초 연구와 함께 양자 컴퓨팅 스타트업 육성에도 적극적이어서, 다양한 규모의 혁신 기업들이 등장.
- 한국: 선도국에 비해서는 출발이 다소 늦었지만, 정부와 기업의 투자가 확대되면서 기술 개발 속도를 높이는중. 2024년 현재 20큐비트 양자 컴퓨터 개발에 성공했으며, 50큐비트 시스템 개발을 진행 중. 정부는 2035년까지 상용 양자 컴퓨터 출시를 목표로 하고 있으며, 이를 위해 '양자컴퓨팅 인프라 구축 사업' 등을 통해 연구개발 투자를 확대하고 산학연 협력을 강화.
5. 선도 기업들의 기술 로드맵 및 성과
- Google: 2019년 53큐비트 '시커모어(Sycamore)' 프로세서를 통해 특정 문제에서 기존 슈퍼컴퓨터의 성능을 능가하는 '양자 우월성(Quantum Supremacy)'을 달성했다고 발표. 2024년 12월에는 더욱 발전된 '윌로우(Willow)' 칩을 선보였으며 , 2029년까지 오류 수정 기능을 갖춘 상용화 가능한 양자 컴퓨터 개발을 목표,
- IBM: 오랜 기간 양자 컴퓨팅 연구를 선도해 온 IBM은 'IBM 퀀텀 익스피리언스(IBM Quantum Experience)'라는 클라우드 플랫폼을 통해 자사의 양자 컴퓨터를 연구자 및 개발자들에게 제공. 2023년 말에는 433큐비트의 '오스프리(Osprey)' 프로세서를 공개했으며, 2025년까지 4,000큐비트 이상, 궁극적으로는 100만 큐비트 이상의 시스템을 개발한다는 야심찬 로드맵. 양자 컴퓨팅 관련 누적 매출이 10억 달러에 근접했다고 발표.
- Microsoft: 마이크로소프트는 다른 기업들과는 차별화된 '토폴로지컬 큐비트(Topological Qubit)' 방식에 집중. 이론적으로 큐비트의 안정성이 높아 오류 제어에 유리할 것으로 기대. 2025년에는 토폴로지컬 큐비트 기반의 첫 번째 양자 칩 '마조라나 1(Majorana 1)' 출시를 예고했으며 , 자사의 클라우드 플랫폼 '애저 퀀텀(Azure Quantum)'을 통해 다양한 양자 하드웨어 및 소프트웨어 솔루션을 제공.
- Amazon (AWS): 아마존웹서비스(AWS)는 직접 양자 컴퓨터를 대규모로 제조하기보다는, '아마존 브라켓(Amazon Braket)'이라는 클라우드 서비스를 통해 다양한 방식의 양자 컴퓨터(IonQ, Rigetti, OQC 등)에 접근할 수 있는 환경을 제공하는 데 중점. 2025년에는 양자 오류 수정 비용을 획기적으로 절감할 수 있는 자체 설계 칩 '오셀롯(Ocelot)'을 발표하며 하드웨어 기술 개발에도 힘쓰고 있음.
6. 주요 기술적 과제
- 큐비트 안정성 및 결잃음 (Qubit Stability and Decoherence): 양자 상태는 외부의 미세한 노이즈나 온도 변화에도 매우 민감하게 반응하여 쉽게 붕괴됨(결잃음 현상). 이를 해결하기 위해 연구자들은 큐비트를 절대 영도에 가까운 극저온 상태로 냉각시키고 , 외부 전자기장을 완벽하게 차폐하는 등 매우 정교한 실험 환경을 구축해야하고 결잃음에 강한 새로운 큐비트 구조를 개발하거나, 소프트웨어적으로 결잃음의 영향을 보정하려는 연구도 진행
- 오류 수정 (Error Correction): 큐비트는 고전 비트에 비해 오류 발생률이 훨씬 높음. 신뢰할 수 있는 계산 결과를 얻기 위해서는 정교한 양자 오류 수정 코드(QECC) 개발이 필수. 하지만 현재의 양자 오류 수정 기술은 많은 수의 물리적 큐비트를 사용하여 소수의 논리적 큐비트(오류가 보정된 큐비트)를 구현하는 방식이어서, 전체 시스템의 복잡성과 비용을 크게 증가시키는 요인이 됨. 아마존의 Ocelot 칩은 이러한 오류 수정 비용을 절감하는 것을 목표로 개발중.
- 확장성 (Scalability): 현재 개발된 양자 컴퓨터들은 수십에서 수백 큐비트 수준이지만, 신약 개발이나 복잡한 금융 모델링과 같은 실질적인 문제를 해결하기 위해서는 수백만 개 이상의 큐비트가 필요하다는 것이 업계의 중론입. 큐비트 수를 늘리는 것 자체도 어렵지만, 큐비트 수가 증가함에 따라 각 큐비트를 개별적으로 제어하고 측정하며 상호 연결하는 시스템의 복잡도는 기하급수적으로 증가함. IBM은 칩 수준의 단거리 연결 장치를 통해 이 문제를 해결하려 하고 있으며 , 국내 KAIST 연구팀은 3차원으로 큐비트 소자를 적층하는 기술을 개발하여 확장성 한계 극복을 시도 중
- 소프트웨어 및 알고리즘 개발: 강력한 양자 하드웨어가 개발되더라도 이를 효과적으로 활용할 수 있는 소프트웨어와 알고리즘이 뒷받침되지 않으면 무용지물입. 현재까지 개발된 양자 알고리즘의 수는 제한적이며, 대부분 특정 문제에 특화. 다양한 문제에 적용 가능한 범용 양자 알고리즘 개발과 함께, 프로그래밍 언어, 컴파일러, 시뮬레이터 등 양자 소프트웨어 스택 전반에 걸친 연구개발이 중요함
7. 미국 증시 양자 컴퓨터 관련 주
7-1. 아이온큐 IonQ (NYSE: IONQ)
- 기술 및 사업 모델: IonQ는 '이온 트랩(Trapped-ion)' 방식을 사용하여 양자 컴퓨터를 개발하는 대표적인 기업. 이 방식은 상대적으로 큐비트의 안정성이 높고 오류율이 낮다는 장점이 있는 것으로 알려져 있음. IonQ는 자체 개발한 양자 컴퓨터를 직접 판매하기보다는 AWS Amazon Braket, Microsoft Azure Quantum, Google Cloud Marketplace 등 주요 클라우드 플랫폼을 통해 서비스 형태로 접근 권한을 판매하는 전략. 최근에는 양자 네트워킹 분야로 사업을 확장하기 위해 Lightsynq Technologies와 Capella Space 인수를 발표하는 등 적극적인 행보를 보임
- 최근 실적 및 전망: IonQ의 2025년 1분기 매출은 전년 동기 수준을 유지했으나, 유상증자를 통해 현금 보유고는 크게 증가. 다만, 여전히 순손실을 기록하고 있으며, 인수 관련 회계 비용 증가 등으로 인해 2025년 연간 조정 EBITDA 손실 전망치는 상향 조정. 2024년 연간 매출은 4,310만 달러로 전년 대비 95% 성장했으며, 연간 신규 예약액은 9,560만 달러를 달성했습. 회사는 2025년 2분기 매출을 1,600만~1,800만 달러, 연간 매출을 7,500만~9,500만 달러로 예상
7-2. 디웨이브퀀텀 (NYSE: QBTS)
- 기술 및 사업 모델: D-Wave는 주로 '양자 어닐링(Quantum Annealing)' 방식의 양자 컴퓨터를 개발하고 상용화한 선구적인 기업. 양자 어닐링은 특정 유형의 최적화 문제 해결에 특화된 방식으로, 게이트 기반 범용 양자 컴퓨터와는 다소 차이가 있음. D-Wave는 Advantage™ 양자 컴퓨터 시스템과 함께 Ocean™ 소프트웨어 개발 키트, Leap™ 클라우드 서비스 등 통합 솔루션을 제공하며 , 최근에는 게이트 모델 양자 컴퓨터 개발도 병행하는 중.
- 최근 실적 및 전망: D-Wave의 2025년 1분기 매출은 1,500만 달러로, 전년 동기 대비 509%라는 기록적인 증가율을 보임. 이는 주로 특정 연구 기관에 대한 Advantage 시스템 판매 계약 인식에 따른 것. 다만, 영업 비용 증가로 인해 순손실은 지속. 1분기 연구개발(R&D) 비용은 1,030만 달러를 기록.
7-3. 리게티컴퓨팅 (NASDAQ: RGTI)
- 기술 및 사업 모델: Rigetti는 '초전도 큐비트(Superconducting Qubit)'를 기반으로 양자 컴퓨터와 관련 프로세서를 구축하는 기업. 양자 장치와 고전 컴퓨터를 결합한 하이브리드 접근 방식을 특징으로 하며, 자체 칩 제조 시설(fab)을 보유하고 있다는 점도 주목할 만함. Rigetti는 자사의 양자 컴퓨터를 클라우드 기반 서비스(Quantum Computing as a Service, QCaaS) 형태로 제공
- 최근 실적 및 전망: Rigetti의 2025년 1분기 매출은 150만 달러로, 전 분기 및 전년 동기 대비 감소하는 등 최근 실적은 다소 부진한 모습. 영업 비용 증가로 인해 영업 손실도 확대. 다만, 파생상품 워런트 평가익 등 비현금성 이익으로 인해 장부상 순이익을 기록. 최근 대만 Quanta Computer로부터 3,500만 달러의 전략적 투자를 유치했으며, 미국 및 영국 정부의 연구 과제를 수주하는 등 기술 개발 자금 확보 및 연구 협력에 힘쓰고 있음. 1분기 R&D 비용은 전체 영업 비용 2,210만 달러에 포함되어 있으나, 구체적인 수치는 공개된 자료에서 확인되지 않음. 2024년 연간 매출은 1,080만 달러
7-4. 퀀텀컴퓨팅 (NASDAQ: QUBT)
- 기술 및 사업 모델: Quantum Computing Inc.(QCi)는 광자(Photonics) 및 양자 광학 기술을 기반으로 다양한 양자 기술 솔루션을 개발하는 기업입니다. 최근 애리조나주에 질화탄탈륨(TFLN) 칩 파운드리를 완공하고 초기 고객 납품을 시작했으며 , NASA의 우주 기반 라이다 데이터 분석 지원 계약을 수주하는 등 정부 및 연구기관과의 협력을 확대
- 최근 실적 및 전망: QCi는 아직 매우 초기 단계의 기업으로, 2025년 1분기 매출은 3만 9천 달러에 불과. 매출 총이익률은 변동성이 크며, 영업 비용은 주로 인건비 증가로 인해 전년 동기 대비 상승. 워런트 관련 파생상품 부채 평가익으로 인해 순이익을 기록했으나, 이는 비현금성 이익. 1분기 R&D 비용은 298만 5천 달러였습니다. 회사는 TFLN 팹을 통한 매출이 2025년에는 미미하겠지만 2026년부터 본격적으로 성장할 것으로 기대.
| IonQ Inc. | IONQ (NYSE) | 이온 트랩 | $XX.XB | N/A (전년동기유사) | 손실 | N/A | $43.1M |
| D-Wave Quantum Inc. | QBTS (NYSE) | 양자 어닐링, 게이트 | $X.XB | $15.0M | -$5.4M | $10.3M | N/A |
| Rigetti Computing, Inc. | RGTI (NASDAQ) | 초전도 큐비트 | $X.XB | $1.5M | $42.6M (비현금성이익) | N/A (OpEx $22.1M) | $10.8M |
| Quantum Computing Inc. | QUBT (NASDAQ) | 광자 기반 | $X.XB | $39K | $17M (비현금성이익) | $2.985M | N/A (매우 초기) |
- Defiance Quantum ETF (NYSE Arca: QTUM)
- BlueStar Machine Learning and Quantum Computing Index를 추종하는 ETF로, 양자 컴퓨팅뿐만 아니라 머신러닝, 인공지능 관련 기업에도 투자
- 주요 편입 종목: D-Wave Quantum, Rigetti Computing, IonQ와 같은 순수 양자 컴퓨팅 기업 외에도 Palantir Technologies(데이터 분석), NEC, Orange(통신) 등 다양한 기술 기업들을 포함하고 있어 분산 효과를 높입니다. 2025년 5월 기준, D-Wave Quantum(6.85%), Rigetti Computing(2.42%), IonQ(1.97%) 등이 상위 편입 종목에 포함
- 금융: 금융 시장의 복잡한 데이터를 분석하여 보다 정교한 금융 모델링, 리스크 관리, 포트폴리오 최적화, 파생상품 가격 결정, 사기 탐지 등을 수행할 수 있음. JP모건 체이스는 IBM의 양자 컴퓨터를 활용하여 금융 모델링 및 리스크 분석 연구를 진행
- 인공지능(AI) 및 머신러닝: 방대한 데이터 세트에서 복잡한 패턴을 찾아내고, 머신러닝 알고리즘의 학습 속도와 정확도를 크게 향상시킬 수 있음. 특히, 최근 각광받고 있는 거대언어모델(LLM)의 학습 및 운영에 소요되는 막대한 컴퓨팅 자원과 비용을 효율화하는 데 기여할 수 있을 것으로 기대. 구글은 NASA와 협력하여 양자 컴퓨터를 활용한 AI 연구를 수행 중
- 최적화 문제: 물류 네트워크 최적화, 공급망 관리, 항공기 운항 스케줄링, 교통 흐름 제어, 에너지 그리드 효율화 등 다양한 산업 현장에서 발생하는 복잡한 최적화 문제를 해결하여 비용 절감과 생산성 향상을 가져올 수 있음. 폭스바겐은 D-Wave의 양자 어닐러를 사용하여 교통 최적화 문제를 해결하는 프로젝트를 진행한 바 있음.
- 암호 해독 및 보안: 양자 컴퓨터는 현재 널리 사용되는 공개키 암호화 방식(예: RSA)을 빠르게 해독할 수 있는 잠재력을 가지고 있어, 정보 보안 분야에 큰 위협이 될 수 있음. 이는 역으로 양자 컴퓨터의 공격에도 안전한 새로운 암호 체계, 즉 '양자내성암호(Post-Quantum Cryptography, PQC)' 개발의 필요성을 강력하게 제기됨. 삼성전자와 SK텔레콤 등 국내 기업들도 PQC 관련 기술 개발에 적극적으로 참여
10. 기회 요인과 위험요인
- 파괴적 혁신 기술의 잠재력: 양자 컴퓨팅은 기존 산업의 근본적인 한계를 뛰어넘어 새로운 시장을 창출하고, 인공지능, 신약 개발, 금융, 재료 과학 등 다양한 분야에서 혁신을 가속화할 수 있는 파괴적 기술. 이는 초기 시장을 선점하는 기업에게 막대한 장기적 수혜를 가져다줄 수 있음.
- 높은 성장 잠재력: 앞서 살펴본 바와 같이, 글로벌 양자 컴퓨팅 시장은 향후 수십 년간 높은 연평균 성장률을 기록할 것으로 전망. 이는 초기 투자자들에게 매력적인 성장 기회를 제공
- 정부 및 기업의 지속적인 투자: 미국, 중국, EU 등 주요국 정부는 양자 기술을 국가 전략 기술로 지정하고 대규모 연구개발 투자를 단행하고 있으며 , IBM, 구글 등 빅테크 기업들 또한 막대한 자금을 투입하며 기술 개발 경쟁을 벌이고 있음. 이러한 투자는 기술 발전과 시장 성장을 촉진하는 중요한 동력이 됨.
- 기술적 불확실성 및 상용화 지연: 큐비트의 안정성 확보, 오류 수정, 시스템 확장성 등 해결해야 할 기술적 난제가 여전히 많음. 상용화까지 예상보다 오랜 시간이 걸리거나, 기대했던 수준의 성능을 달성하지 못할 위험이 존재
- 긴 투자 회수 기간 및 높은 변동성: 양자 컴퓨팅은 단기적인 수익을 기대하기 어려운 장기 투자 대상. 기술 개발 성과나 주요 뉴스에 따라 관련 기업들의 주가가 급등락하는 등 높은 변동성
- 상업적 성공의 불확실성: 초기 단계의 사용 사례들이 등장하고는 있지만, 광범위한 산업 분야에서 실질적인 경제적 가치를 창출하며 상업적으로 성공할 수 있을지는 아직 미지수. 순수 양자 컴퓨팅 기업들은 대부분 의미 있는 매출 없이 지속적인 손실을 기록하고 있어 재무적 안정성이 낮음
- 경쟁 심화 및 표준화 미비: 다수의 기업들이 다양한 기술 방식으로 경쟁하고 있으며, 아직 시장 표준이 확립되지 않아 특정 기술이나 기업이 시장에서 도태될 위험
- 전문 인력 부족: 양자 컴퓨팅 분야의 고도로 숙련된 전문 인력이 부족하여 기술 개발 및 사업 확장에 어려움을 겪을 수 있음
- 윤리적 문제 및 규제 리스크: 양자 컴퓨터의 강력한 성능은 개인정보 보호, 데이터 보안, 국가 안보 등과 관련된 윤리적 문제를 야기할 수 있으며, 이에 따른 정부 규제가 기술 발전이나 시장 성장에 제약 요인으로 작용할 가능성 있음
- 엄청난 파괴력과 발전가능성을 지닌 양자컴퓨터에 대해 살펴보았습니다. 초기 투자 수준이나 대형 IT기업들과 각국 정부가 중요시 생각하는 부분인 만큼 앞으로 누가 승자가 될지 궁금해집니다. 반대로 유동성이 축소될 때 위험회피 분위기가 커지면 빠르게 구조조정될 가능성도 상당합니다. 그만큼 민첩하게 대응해야하는 업종이며 큰 수익을 안겨다 줄 수도 있는 업종입니다.
6월 한 달도 돈 많이 버시고 행복하세요!!
*** 글이 도움 되셨다면 좋아요& 구독 부탁드립니다 ***