[스타트업] "양자컴퓨터 병목 현상, 레이저 기술로 해결" 정성재 옵티큐랩스 대표

광학계 전주기 올인원 솔루션 구현, 정밀 분광·센서 기술 확장

[프라임경제] 전 세계 양자컴퓨터 시장이 큐비트 수 확장에 열을 올리고 있지만, 정작 가장 밑단의 광학 부품 공급망은 심각한 병목을 겪고 있다. 양자컴퓨터는 미래 산업의 판도를 바꿀 '꿈의 연산 장치'로 불린다. 문제는 그 하드웨어의 가장 밑단에서 빛을 제어하는 벌크 광학 장비의 의존도가 여전히 독일, 미국 등에 절대적이라는 점이다.

정성재 옵티큐랩스 대표 = 홍재현 기자

옵티큐랩스(대표 정성재)는 이같은 수입 의존 구조와 글로벌 공급망의 병목을 독자적인 기술력으로 해결하고 있다. 

정성재 대표는 한양대학교에서 기계공학을 전공 후 석박통합과정에서 수치해석 기반 디지털 트윈을 10년 가까이 연구해 온 공학도 출신이다. 

그는 "물리 시스템을 정밀하게 재현하고 예측하는 컴퓨터 시뮬레이션을 깊이 파고들수록, 기존 고전 컴퓨터로는 연산 시간과 비용이 기하급수적으로 늘어나는 한계에 부딪혔다"며 "그 대안을 찾는 과정에서 자연스럽게 양자 알고리즘에 주목하게 됐다"고 말했다.

사업의 결정적인 전기는 천동욱 최고기술책임자(CTO)와의 만남에서 마련됐다. 천 CTO는 도쿄대 박사를 거쳐 일본원자력연구개발기구(JAEA) 등에서 13년간 이온트랩과 양자광학을 전문적으로 연구해 온 연구자다. 

그들은 오랜 역사를 가진 광학 분야 연구를 장기간 이어오며, 광학 하드웨어는 일부 기업들에 의해 독과점 되고 있다는 것을 몸소 체감했다. 이어 이온트랩 양자컴퓨터의 성능과 스케일업을 결정짓는 핵심 병목이 바로 '광학'에 있다는 사실에 공감했다. 

시장의 빈자리와 기술적 병목이 일치하는 지점을 확인한 두 사람은 지난해 2월, 양자 하드웨어 국산화를 내걸고 옵티큐랩스를 공동 설립했다.  

회사가 현재 주력하는 분야는 연구 시간을 단축시켜주는 '올인원 솔루션'과 이온트랩 양자컴퓨터용 초협대역 외부 공진기 다이오드 레이저(ECDL)·광학 제어 시스템이다. 

이온트랩 방식은 원자의 에너지 준위를 레이저로 정밀하게 다뤄 큐비트를 구현한다. 그만큼 일반 산업용 레이저와는 비교할 수 없을 정도로 극도로 좁은 선폭(초저선폭)과 높은 주파수 안정성이 요구된다.  

이온트랩 시스템은 이온을 만드는 '이온화', 이온의 운동에너지를 제거해 가두는 '냉각 및 트랩', 그리고 큐비트를 조작하는 '제어'까지 전 과정에서 정밀한 레이저 조작을 필요로 한다. 

회사는 이를 위해 파장 미세조정이 안정적인 레이저 시스템을 개발했다. 이후 핵심 구조에 대한 특허 출원도 마쳤다. 자체 성능 평가 결과는 글로벌 선도기업에 장비를 납품하는 해외 상용 레퍼런스 벤더와 동등한 수준의 성능을 검증했다.  

정 대표는 "연구 현장에서 체감하는 경쟁력은 매우 실질적"이라며 "대당 수천만원에서 억 단위를 호가하는 외산 연구용 장비 대비 절반 수준의 가격 공급을 목표로 잡았다"고 설명했다. 

이어 "국내 설계 및 OEM 제조망을 구축하여 수개월에서 반년 이상 소요되던 납기를 표준 파장 기준 4주 수준으로 단축한다"고 덧붙였다. 

옵티큐랩스(대표 정성재)는 이온트랩 양자 컴퓨터용 다이오드 레이저를 선보이고 있다. ⓒ 옵티큐랩스

기관마다 사용하는 원소에 맞춘 파장 커스터마이징은 물론, 미세 파장 제어 시 열 영향을 줄이기 위한 냉각 구조 등 양자 실험 환경에 특화된 설계도 적용했다. 

기존 고장이나 정렬 오차가 발생했을 때 수개월간 실험을 멈춰야 했던 외산 장비와 달리, 국내에서 즉각적인 기술 대응과 유지보수를 제공받을 수 있다는 점이 강점이다

무엇보다 회사가 지향하는 핵심 가치는 '양자 전용 광학 올인원 솔루션 패키지'다. 단순 레이저 단품 판매에 머무르는 외국계 기업들과 달리, '레이저·레이저 안정화·다단 공명이온화·이온트랩'으로 이어지는 광학 앞단 전주기를 검증된 하나의 패키지로 묶어 공급한다. 

연구진이 광학 정렬과 안정화 같은 부차적인 세팅 작업에 연구 리소스를 낭비하지 않고 뒷단의 본연 연구에만 집중하도록 돕겠다는 전략이다.  

글로벌 시장 진출도 진행 중에 있다. 그는 "미국 '셀렉트USA(SelectUSA)' 투자 서밋 테크 피칭에 참가한 바 있다"며 "메릴랜드·콜로라도 등 주요 양자 클러스터 미팅을 통해 다양한 선택지를 고려하고 있다"고 말했다.  

회사는 내부적으로 이온트랩 시장을 큐비트 규모에 따라 크게 세가지 세그먼트로 나누고 있다. 1000큐비트 이상을 목표로 하는 '메가 스케일' 선도기업들, 100큐비트급 풀스택을 연구·개발하는 '미들 스케일' 기업, 10큐비트 수준의 연구를 필요로 하는 연구단이다.

 

특히  큐비트 수가 늘어날수록 레이저 증설과 안정화 작업에 극심한 병목을 겪는 100큐비트 규모의 '미들 스케일'을  최우선 핵심 시장으로 설정했다. 

현재는 캐나다 워털루 대학교 IQC(Institute for Quantum Computing) 기반의 이온트랩 양자컴퓨터 기관인 OQD(Open Quantum Design)와 협력 계약을 확정했다. 

향후에는 OQD의 차기 이온트랩 양자컴퓨터 빌드에 회사의 시스템을 적용할 예정이다. 정 대표는 "현재 운영하고 있는 OQD의 이온트랩 양자컴퓨터 기술을 옵티큐랩스에 내재화하는 기술을 진행할 예정"이라며 "이를 바탕으로 국내 1호 이온트랩 양자컴퓨터 하드웨어를 구축하는 것이 목표"라고 강조했다.  

그는 지난 13일부터 오는 18일까지 캐나다 토론토에서 열리는 'IEEE Quantum Week'에 2회 연속 참가, 글로벌 네트워킹도 한층 강화할 예정이다. 다양한 글로벌 연구진들, 기업들과의 협력을 늘려, 캐시카우 전략을 수립하겠다는 입장이다. 

이를 바탕으로 회사는 블리스바인벤처스와 이브이오파트너스로부터 약 3억원 규모의 시드 투자를 유치한 바 있다. 또 중기부 초격차 스타트업 프로젝트(DIPS), 서울형 R&D, 서울퀀텀캠퍼스 데모데이 대상 등에 잇따라 선정되며 대외적인 신뢰도를 쌓아왔다.

현재는 IBK기업은행(024110)의 창업 육성 플랫폼 IBK창공 마포 17기에 선정, IBK창공 공동운영사인 시너지아이비투자(대표 이건영)의 지원을 받고 있다. 

더불어 KIST내 양자테스트베드 기반 실증도 추진하고 있다, 오는 2027년에는 캐나다 워털루 대학, 콜로라도 퀀텀 인큐베이터 등 북미 현지 거점 설립을 거쳐 본격적인 글로벌 스케일업을 달성하겠다는 로드맵도 함께 제시했다.

정 대표는 "정부의 사업화 지원이 초기 연구개발에 큰 힘이 됐다"며 "장기적으로는 양자 딥테크 스타트업이 현장형 인재를 원활히 수급할 수 있도록 정부 차원의 실질적인 전문 인력 양성 및 인턴십 지원 프로그램이 더욱 확대되기를 기대한다"고 제언했다.  

이어 "독일의 톱티카(Toptica)가 전 세계 연구용 광학 시장의 대표 주자로 자리 잡았듯, '양자기술에 쓰이는 광학 시스템'을 찾을 때 가장 먼저 떠올리는 기업이 될 것"이라며 "자사의 정밀 광학 기술로 글로벌 양자 하드웨어 시장의 판도를 바꾸겠다"고 첨언했다.