최근 양자 AI 분야의 동향 (2024~2025년)

최근 몇 년간(2024년 전후) 양자 AI(Quantum AI) 분야에는 연구 성과와 산업적 움직임 모두 의미있는 진전이 있었습니다. 주요 논문 발표부터 스타트업의 등장과 대기업의 투자, 그리고 실제 상용화를 향한 시범 사례들까지 다양한 동향을 정리하면 다음과 같습니다.

연구 및 기술 성과

• 양자 우위 실증 연구: 2022년 Science에 발표된 Huang 등의 연구는 양자 머신러닝에서의 지수적 속도 향상 가능성을 최초로 실험으로 뒷받침한 성과입니다postquantum.com. 이 연구에서는 미지의 양자 시스템 특성을 학습하는 과제에서, 양자 학습 에이전트가 고전 에이전트보다 훨씬 적은 실험(데이터)으로 동일한 학습을 달성할 수 있음을 40-qubit 양자 프로세서 실험으로 보여주었습니다. 이는 양자 AI 분야에 “특정 과제에서 양자 우위가 현실적으로 가능하다”는 희망을 준 사례로 평가됩니다. 이후 2023~2024년에는 이러한 아이디어를 고전 데이터로 확장할 수 있을지에 대한 이론 연구와, 양자 커널 학습 성능 벤치마크 등이 활발히 진행되며, 어떤 조건에서 양자 모델이 고전 모델을 능가하는지 탐구하고 있습니다.
• 양자 딥러닝과 생성모델: 양자 합성곱 신경망(QCNN), 양자 생성 적대망(QGAN) 등 양자 딥러닝 구조에 관한 연구가 꾸준히 누적되었습니다. 예를 들어 2019년 제안된 QCNN은 양자 얽힘을 다계층 구조에 활용하여 적은 파라미터로 복잡한 분류를 수행할 수 있음을 보였고postquantum.com, 이후 해당 개념을 응용한 양자 트랜스포머나 양자 그래프 신경망(QGNN) 등 새로운 양자 딥러닝 아키텍처에 대한 연구가 2023년경부터 나타나고 있습니다. 캐나다 스타트업 Xanadu는 2022~2023년 자체 8-qubit 광양자칩에서 간단한 양자 신경망을 시연하고, 양자 그래프 신경망 개념을 발표하여 양자 AI의 모델 폭을 넓히는 데 기여했습니다postquantum.com. 또한 양자 NLP 분야에서는 Cambridge Quantum(현재 Quantinuum)이 lambeq 툴킷을 개발하고 양자 컴퓨터로 문장 의미 분류를 시도한 2022년 실험 등으로, 양자 AI를 자연어 처리에 적용하는 문을 열었습니다postquantum.com.
• 변분 알고리즘 및 강화학습: **변분 양자 알고리즘(VQA)**은 양자 AI 연구의 핵심 축으로, 2021년 발표된 Cerezo 등의 리뷰 논문이 이 분야의 방향성을 정리하였습니다postquantum.com. VQA는 NISQ 시대에 맞춰 제안된 만큼, 2024년 현재도 양자 회로 학습의 효율을 높이는 기법(예: 회로 초기화 전략, 매개변수 공유, 레이어별 학습 등) 연구가 계속되고 있습니다. 한편 **양자 강화학습(QRL)**도 주목을 받고 있는데, 2022년 Skolik 등의 논문에서는 변분 양자회로를 심층 Q-러닝 알고리즘에 통합하여 OpenAI Gym의 간단한 환경에서 동작하는 양자 에이전트를 선보였습니다postquantum.com. 이 연구는 양자 신경망이 강화학습에 응용될 수 있음을 보였고, 일부 환경에서는 양자 에이전트의 이론적 우위를 논의하였습니다postquantum.com. 이러한 결과들은 향후 자율주행, 로보틱스 등의 분야에도 양자 RL을 적용하려는 연구로 이어지고 있습니다.

스타트업 및 기업 동향

• 빅테크 기업의 투자와 플랫폼 개발: IBM, Google, Microsoft, Amazon과 같은 글로벌 IT기업들이 양자 AI 분야를 선도적으로 이끌고 있습니다.
  • IBM은 일찍이 2019년 양자 SVM을 실제 하드웨어로 구현해보였고postquantum.com, 이후 Qiskit Machine Learning과 같은 소프트웨어 프레임워크를 통해 양자 분류, 양자 군집화, 양자 최적화 알고리즘을 지원하고 있습니다postquantum.com. IBM 연구소는 양자 커널 방법, 양자 생성모델(QGAN), 양자 최적화 등을 다수 발표했고, IBM은 금융, 화학 분야의 파트너사들과 함께 양자 머신러닝을 활용한 시범 프로젝트도 진행하고 있습니다postquantum.com (예: 옵션 가격 예측, 신약 물질 분자특성 예측 등). 또한 IBM의 로드맵 상 증가하는 큐비트 수와 에러 개선은 양자 AI 실험 규모를 키우는데 기여하고 있습니다.
  • Google은 2019년 “양자 우월성”을 달성한 이후 Quantum AI Division을 설립하여 하드웨어와 응용을 병행하고 있습니다postquantum.com. Google은 TensorFlow Quantum 라이브러리를 2020년 공개하여, 익숙한 TensorFlow 환경에서 양자 회로를 층으로 삽입한 하이브리드 모델을 개발할 수 있게 했습니다postquantum.com. 이를 통해 머신러닝 연구자들이 자사 시카모어(Sycamore) 양자 프로세서나 시뮬레이터 상에서 QAI 알고리즘을 실험하도록 장벽을 낮추었습니다. 연구 측면에서 Google Quantum AI 팀은 앞서 언급한 **학습 우위 실험(Huang et al., 2022)**에도 참여했고postquantum.com, 양자 알고리즘을 활용한 에너지 그리드 최적화, 배터리 재료 설계(에너지 산업)나 단백질 접힘 예측(생명정보학) 등의 프로젝트를 외부 기관과 협업으로 진행하고 있습니다postquantum.com. 이러한 협력을 통해 Google은 전력망 최적화, 신약 개발 등 산업 문제에 QAI 적용 가능성을 모색 중입니다.
  • Microsoft는 고유의 Q# 양자 프로그래밍 언어와 Azure Quantum 클라우드 서비스를 통해 양자 AI 저변을 확대하고 있습니다postquantum.com. Microsoft는 AI + Quantum 이니셔티브 하에 양자컴퓨팅이 AI에 줄 수 있는 이익을 탐구하고 있는데, 특히 양자 영감 알고리즘(quantum-inspired algorithm) 개발에 주력합니다. 예를 들어, 추천시스템 분야에서 Microsoft 연구원들은 Kerenidis-Prakash의 양자 알고리즘을 응용한 양자 영감 추천 알고리즘을 연구했고postquantum.com, 이를 포함해 양자 영감 최적화 기술들을 고전 하드웨어에서 구현하여 Azure 클라우드 고객에게 제공합니다postquantum.com. 실제로 Microsoft는 시뮬레이티드 비파케이션(simulated bifurcation) 알고리즘 등을 물류 최적화에 적용해 현재도 활용 가능한 솔루션으로 제시하는 등, 완전한 양자컴퓨터가 나오기 전 단계부터 준양자(Quantum-inspired) AI 솔루션으로 시장을 개척하는 전략을 취하고 있습니다.
  • **Amazon Web Services(AWS)**는 Amazon Braket 플랫폼을 통해 여러 종류의 양자 하드웨어에 클라우드로 접근할 수 있는 서비스를 제공하면서, 기업들이 양자 머신러닝을 시도할 수 있는 장을 마련했습니다postquantum.com. AWS는 **양자 솔루션 랩(Quantum Solutions Lab)**을 운영하여 금융사 등 고객과 함께 양자+AI 프로토타이핑을 수행하고 있는데, 예를 들어 사기 탐지, 개인화 추천 등의 머신러닝 과제에 양자 알고리즘을 적용하는 프로젝트가 진행되고 있습니다postquantum.com. 또한 AWS는 스타트업 지원 프로그램(Impact Accelerator) 등을 통해 유망한 양자 AI 스타트업에 투자하고 있습니다postquantum.com. Amazon의 내부적으로도 물류 공급망 최적화나 검색 ranking 등에 양자 알고리즘을 적용하는 연구를 진행 중인 것으로 알려져 있습니다postquantum.com.
• 전문 스타트업의 부상: 양자 AI를 주력으로 삼는 스타트업들도 다수 등장하여 혁신을 주도하고 있습니다. 이들 스타트업은 하드웨어 개발부터 소프트웨어 알고리즘, 산업별 솔루션까지 다양한 포지션을 차지하고 있습니다.
  • Xanadu (캐나다): 광자 기반 양자컴퓨터를 개발하는 스타트업으로, PennyLane이라는 양자 머신러닝 소프트웨어 프레임워크의 제작사입니다. PennyLane은 양자-고전 하이브리드 자동미분을 지원하여, 연구자들이 손쉽게 양자 회로와 클래식 뉴럴넷을 결합한 모델을 만들고 훈련할 수 있게 했습니다. Xanadu는 광양자 컴퓨팅의 연속변수 접근법을 이용하여 양자 뉴럴네트워크 시연이나 양자 그래프 신경망 논문 발표 등 QAI 알고리즘 개발에도 활발하며postquantum.com, 2023년에는 자사의 216큐빗 광양자 프로세서로 보손 샘플링 양자 우위 실험을 달성하기도 했습니다 (양자 AI 직접적 사례는 아니지만, 광자 QAI 가능성을 높이는 성과).
  • Zapata Computing (미국): 하버드대 출신 연구자들이 설립한 스타트업으로, 초기에는 양자화학 시뮬레이션에 강점을 두었으나 점차 산업 문제 해결을 위한 양자워크플로 전반으로 사업을 확장했습니다. Zapata는 Orquestra라는 플랫폼을 통해 양자/고전 작업흐름을 통합 관리하고, 고객사가 자신들의 데이터 문제에 맞게 양자 알고리즘을 접목해볼 수 있도록 돕습니다. 이들은 생성적 화학(신물질 생성), 이상치 탐지 등 QML 알고리즘을 개발했고, BMW와 협업하여 양자 머신러닝으로 제조 결함을 검출하는 파일럿을 진행하는 등 현실 문제에 QAI를 적용하는 데 앞장섰습니다postquantum.com. (※참고: Zapata는 2023년 말 자금난으로 운영이 중단되었다는 소식이 있어 업계에 충격을 주었는데, 기술 자체는 다른 형태로 계승될 것으로 보입니다.)
  • QC Ware (미국): 근미래 양자알고리즘에 초점을 맞춘 소프트웨어 스타트업입니다. 다양한 산업에 적용가능한 양자 머신러닝 및 최적화 알고리즘 개발에 주력하고 있으며, 자체 클라우드 서비스 Forge를 통해 양자 PCA, 양자 몬테카를로 금융 솔버 등 알고리즘을 제공하고 있습니다postquantum.com. 2021년에는 Airbus와 협력해 양자 머신러닝으로 비행기 센서 데이터의 이상 탐지를 수행, 작은 양자 하드웨어에서도 고전 대비 동등 성능을 달성한 결과를 발표하기도 했습니다postquantum.com. 또한 QC Ware는 매년 QHack 해커톤을 주최하여 QAI 생태계를 활성화하고 있습니다.
  • Quantinuum (영국/미국): 2021년 Honeywell의 양자컴퓨팅 부서와 Cambridge Quantum이 합병하여 탄생한 대형 업체로, 양자 알고리즘과 하드웨어를 함께 개발합니다. 전신인 Cambridge Quantum 시절부터 양자 NLP 연구를 선도하여 세계 최초의 QNLP 실험을 수행했고, lambeq 툴킷을 공개하며 이 분야를 개척했습니다postquantum.com. Quantinuum은 현재도 트랩형 이온 양자컴퓨터를 활용하여 QAI 알고리즘 (예: 양자 기계학습을 활용한 화학 반응 예측 등)을 연구 중이며, 양자 난수생성과 양자보안 AI 솔루션도 제공하고 있습니다.
  • 기타 스타트업: 이 외에도 Good Chemistry Company (구 1QBit의 화학 분야 분사)는 초기부터 양자 영감 알고리즘을 신약 개발 머신러닝에 적용해왔고, ProteinQure (캐나다)는 양자컴퓨팅을 활용한 단백질 설계 플랫폼을 구축하여 제약사들과 협업하고 있습니다postquantum.com. Rahko (영국, Odyssey Therapeutics에 인수됨)는 양자 ML을 통한 분자 특성 예측을, Beamline/HQS (독일)는 소재 개발에 양자 AI를 적용하는 등, 분야 특화형 양자 머신러닝 스타트업들도 활발히 움직이고 있습니다postquantum.com.

산업계 적용과 상용화 시도

• 대규모 투자 유치: 양자 AI의 잠재력으로 대규모 투자가 이루어지고 있습니다. 2025년 4월에는 Alphabet(구글 모회사)에서 스핀오프된 스타트업 SandboxAQ가 Google, NVIDIA 등의 투자를 받아 추가 1.5억 달러를 유치하면서 시리즈 E 라운드를 총 $4.5억 달러로 마감했습니다reuters.com. SandboxAQ는 **양자 기술을 활용한 데이터 분석 및 통계 AI 모델(Quantitative AI)**을 개발하여, 신약 개발, 금융 모델링 등에 적용하는 기업으로, 이번 투자로 기업가치가 약 57억 달러에 이르렀습니다reuters.comreuters.com. 이처럼 대형 투자자본이 양자 AI 분야에 유입되어, 향후 몇 년간 양자 AI 스타트업들의 연구개발이 가속화될 전망입니다.
• 통신 및 IT 기업의 전략적 제휴: 2023~2025년 사이 글로벌 통신사와 양자 컴퓨팅 기업 간 제휴도 이루어졌습니다. 특히 2023년 한국의 SK텔레콤은 미국 IonQ와 전략적 파트너십을 체결, IonQ 지분을 확보하고 대신 자사 양자암호子회사의 지분을 넘기는 지분 교환을 단행했습니다postquantum.com. SKT는 이 협력을 통해 IonQ의 양자 프로세서를 조기 도입하고 자사 AI 데이터센터와 통신 인프라에 양자기술을 접목할 계획을 밝혔습니다postquantum.com. 즉, **양자컴퓨팅을 “AI 시대의 게임체인저”**로 규정하고, 향후 5G/6G 네트워크 최적화, 대규모 AI 연산 등에 양자 AI 솔루션을 도입하려는 청사진을 제시한 것입니다. 이 사례는 대형 통신사가 양자 AI를 통해 통신+AI 융합 서비스 혁신을 모색하는 대표적 움직임으로 평가됩니다.
• 금융 분야: 금융업계에서는 포트폴리오 최적화, 리스크 시뮬레이션, 옵션 가격결정 등 고차원 최적화 문제가 많아 양자 AI 적용 기대가 큽니다. 일부 은행과 금융 스타트업들은 D-Wave 등의 양자 어닐링 기계나 하이브리드 솔버를 테스트하여 자산 배분 최적화 등을 시도했습니다. D-Wave는 이미 자사의 하이브리드 어닐링-CPU 솔버를 통해 포트폴리오 최적화, 스케줄링 문제를 풀 수 있는 클라우드 서비스를 제공하며, 이것이 AI 계획(plan) 시스템의 일부로 활용될 수 있음을 홍보하고 있습니다postquantum.com. 예컨대 2021년 D-Wave는 양자 어닐링으로 주가 예측용 볼츠만 머신을 학습하거나, 손글씨 이미지를 분류하는 머신러닝에 어닐러를 활용한 연구를 소개하기도 했습니다postquantum.com. JPMorgan, Barclays 등 국제은행들도 IBM, Google과 파트너십을 맺고 양자 알고리즘 기반의 금융 애플리케이션 (예: 양자 Monte Carlo 시뮬레이션을 활용한 옵션 가격 계산)을 연구 개발 중입니다. 아직 고전 컴퓨터보다 명확히 우수한 성능은 나오지 않았지만, 금융권에서는 양자 우위가 나타날 첫 분야로 이들을 꼽으며 지속 투자하고 있습니다.
• 제약/신약 개발: 신약 후보물질 탐색과 단백질-리간드 적합도 예측 등 약물 설계 과정에도 양자 AI 접목이 시도되고 있습니다. 2024년 현재 여러 제약 스타트업과 연구소가 양자컴퓨터로 화학 분자를 시뮬레이션하고 그 결과를 기계학습과 결합하려는 노력을 기울입니다.

• 에너지/재료 분야: 에너지 산업에서도 양자 AI 적용 연구가 진행되고 있습니다. 대표적으로 스마트 그리드 최적화나 신소재 개발에 양자 알고리즘을 활용하려는 시도입니다. 예컨대 Microsoft는 소재기업 OTI Lumionics와 협력하여, 신소재 설계 문제에 양자 시뮬레이션과 AI를 접목하는 연구를 수행했습니다postquantum.com. 이는 새로운 OLED 소재를 발견하기 위해 AI로 후보군을 탐색하고 양자컴퓨터로 후보들의 전자구조를 정확히 계산하는 방식으로, 고전적 AI의 탐색능력과 양자계산의 정확성을 결합한 사례입니다. 이처럼 양자화학 계산 + 머신러닝 조합은 에너지 저장 소재(배터리 전극), 촉매 개발, 고효율 태양전지 소재 탐색 등에 응용이 활발합니다. 또한 전력망 최적화 문제에서, 양자컴퓨터가 복잡한 발전소-송전망 조합을 최적화하거나 수요 예측을 향상시킬 가능성을 전력회사들과 IBM, Google 등이 실험하고 있습니다postquantum.com. 재료/에너지 분야의 이러한 시도들은 양자 계산이 제공하는 물리 시뮬레이션 정확도와 AI의 패턴 인식을 결합하여, 친환경 혁신 기술을 앞당길 수 있을 것으로 기대됩니다.
• 국가 정책 및 생태계 조성: 각국 정부도 양자 AI를 미래 경쟁력으로 인식하여 지원에 나섰습니다. 미국, EU, 중국 모두 국가 양자 프로그램에서 QAI를 중요한 응용 분야로 언급하고 있고, 한국 역시 2023년 수립된 양자기술진흥법과 국가 양자 전략을 통해 양자컴퓨팅과 AI의 동반 성장을 도모하고 있습니다postquantum.compostquantum.com. 한국에서는 LG전자 등이 IBM Quantum Network에 참여해 양자컴퓨팅을 제조 최적화나 AI에 적용하는 연구를 진행 중이며postquantum.com, KAIST 등 학계에서도 양자AI 합동 연구센터를 설립해 산업체와 협력하고 있습니다postquantum.com. 정부 지원 하에 양자기술 혁신존, 인력 양성 프로그램 등이 늘어나 2030년대에는 양자 AI 전문인력과 스타트업들이 대거 등장할 것으로 전망됩니다postquantum.compostquantum.com.

요약하면, 20242025년 현재 양자 AI 분야는 연구에서 실용화로 넘어가는 과도기에 접어들었습니다. 한편으로는 이론적 우위와 초기 실험 결과들이 쌓여가고, 다른 한편으로는 산업계에서 적극적인 투자와 시제품 개발이 이루어지고 있습니다. 아직 상용화된 “킬러 앱”은 없지만, 금융, 제약, 소재 등 데이터와 복잡도가 큰 영역에서 양자와 AI의 접목 가능성을 시험하는 파일럿 프로젝트들이 진행되고 있습니다. 양자컴퓨터 하드웨어가 개선됨에 따라 이러한 노력들은 더욱 가속화될 것이며, 향후 510년 내 특정 좁은 문제부터라도 양자 AI가 기존 AI보다 뛰어난 성능이나 효율을 보이는 사례가 등장할 것으로 기대됩니다. 양자 AI는 궁극적으로 양자 컴퓨팅의 혁신성과 AI의 학습능력을 결합함으로써, 지금까지 풀기 어려웠던 과학기술 문제를 해결하고 새로운 산업 가치를 창출하는 방향으로 발전하고 있습니다postquantum.compostquantum.com.