권호: 제36호
저자: 안세정, 이준영, 이주연, 류훈, 류정희, 박진서

• 최근, 과학기술 선도국들은 미래 과학기술의 게임 체인저로 일컬어지는 양자기술 연구개발을 위해 수많은 연구 인력과 자본을 투자하고 있음. 특히, 미·중 기술패권 경쟁이 반도체, AI, 양자통신 등 다양한 첨단 기술 영역으로 확산됨에 따라 양자기술을 둘러싼 글로벌 기술경쟁 환경이 시시각각 변하고 전세계 각 국가들은 이러한 환경 변화에 적극적으로 대응하고 있음.

• 이에, 우리나라도 2030년대 양자기술 4대 강국 진입을 목표로 설정하고 ‘양자기술 연구개발 투자전략’을 수립함. 또한, 2035년까지 민관합동으로 3조원을 양자과학기술 분야에 투자하여 글로벌 양자경제 중심 국가로 도약하겠다는 내용의 ‘대한민국 양자과학기술전략’을 발표함. 특히, 양자기술은 최근 확정된 「12대 국가전략기술」 가운데 하나로, 글로벌 기술패권 경쟁 시대에 우리나라 국가경쟁력 강화에 필수적인 기술로 여겨지고 있음.

• 양자기술은 양자 고유의 특성(얽힘, 중첩 등)을 활용하여 기존 기술의 한계를 뛰어넘어 초고속 대용량 연산, 통신, 측정, 센싱을 가능하게 하는 혁신적이고 광범위한 기술로, 물리학·컴퓨터공학·전자공학 등 다양한 학문이 융복합된 분야임. 양자기술은 일반적으로 양자컴퓨팅, 양자통신, 양자센싱 등의 세부 기술로 구분할 수 있음.

• 본 분석에서는 클래리베이트(Clarivate)사의 학술논문 데이터베이스 Web of Science를 활용하였으며, 2010-2022년에 출판된 양자기술 분야 논문 데이터를 키워드 검색 기반으로 확보하여 분석함. 먼저, 연도별 논문 수 추이 분석에서 중국은 2010년에 이미 미국의 연구 규모를 넘어선 것으로 나타남. 특히, 4대 분야별 시계열 분석에서 중국이 4대 분야별로 순차적으로 성장하고 있는 것으로 파악되었는데, 중국은 양자정보기술(Q-INFO) 분야에서 2012년, 양자계측·센싱(Q-METR) 분야에서 2016년부터 미국보다 많은 논문을 발표하고 있고, 양자컴퓨팅(QCOMP) 분야에서는 2022년에 미국을 추월함. 무엇보다도 중국은 양자통신·암호(Q-COMM) 분야에서 어느 국가보다도 독보적으로 많은 논문을 발표하고 급성장하고 있음.

• 저자 키워드를 활용한 매핑 및 클러스터링으로 글로벌 연구지형을 도출하고, 4대 분야별 키워드, 인용주제(Citation Topics) 분석을 통해 세부 연구 주제를 확인함. 백분위수 기반의 상위 10% 엑셀런스와 상위 10% 점유율을 산출하여 분야별, 국가별 수준 차이와 시기별 변동성을 분석함. 그 결과, 중국의 엑셀런스 값이 기준 이하로 질적 측면에서 연구 수준이 낮은 편으로 볼 수 있으나, 전 분야에서 엑셀런스 값이 시간에 따라 증가하는 경향을 보이고 최근, 양자통신·암호(Q-COMM) 분야에서 기준보다 높은 값을 보여 질적 수준이 향상되는 추세임.

• 피인용 백분위수 기반의 상위 10% 엑셀런스 지수와 상위 10% 점유율 결합분석을 통해 양자기술 전 분야에 걸쳐 미국, 독일, 영국이 양자기술 분야에서 양적, 질적으로 우위에 있고, 중국이 양적으로 성장함과 동시에 질적으로도 성장하고 있음을 확인함.

• 한국은 분석 대상 양자기술 분야 논문 수 기준으로 세계 16위에 머물러 양적 측면에서 연구 규모가 작은 편이며, 질적수준 측면에서 양자컴퓨팅(Q-COMP), 양자계측·센싱(Q-METR) 분야의 엑셀런스 지수가 한 때 기준보다 높았으나, 최근에는 전 분야에서 기준 이하로 연구 수준이 낮은 것으로 나타남.

• 한편, 글로벌 협력 현황을 살펴보기 위해 국가 간 협력 네트워크 맵을 가시화하고, 글로벌 협력 네트워크 지표를 산출하여 각 국가들의 중심성을 확인함. 그 결과, 미국이 가장 많은 국가와 협력하고 중심성도 가장 높은 것으로 나타남. 연도별 국제협력 대상국 수는 모든 국가에서 증가하고 있으며, 국제협력 논문 비율은 대부분의 국가에서 분석기간 중에 큰 변화가 없음.

• 협력 분석에서는 특히, 양자간 협력 관계에 집중하여 주요 12개 국가별 양자간 협력 논문 비율의 시기별 변화를 살펴봄. 대부분의 국가들은 미국과 가장 많은 협력을 하고 있고, 중국과의 협력은 점차 증가하고 있어 국제협력에서 중국의 입지와 영향력이 점차 강해지고 있는 것으로 판단됨. 그러나 한국은 중국과의 협력이 감소하여 다른 국가들과 다른 양상을 보임. 주요 12개 국가의 협력 상대국 3위까지를 포함한 양자간 협력 네트워크 맵에서 전반적으로 주요 협력 상대국이 미국, 독일, 중국 등 양자기술 분야 선도국을 중심으로 집중되는 것을 확인함.

• 1저자, 교신저자 논문으로 리더십을 정의하고, 이를 활용하여 연구 주도권 분석을 수행함. 대부분의 국가에서 시간에 따라 리더십 비율 변화가 크지 않으나, 한국의 리더십 비율은 점차 증가하는 경향을 보임. 주요국과 한국의 양자간 협력 링크에서 각국의 리더십 비율을 산출하여 연구 주도권을 살펴봄. 중국의 국제협력 비율은 26.12%로 주요 12개 국가 중에 가장 낮은데 중국이 속한 모든 양자간 협력 링크에서 중국이 70% 이상의 리더십 비율로 상대국과의 연구를 주도하는 것으로 나타남. 한국은 영국, 일본, 스페인, 호주, 캐나다, 싱가포르와의 협력 링크에서 연구를 주도하고 있으나, 미국, 중국, 독일 등 양자기술 분야 선도국과의 협력에서는 주도권이 낮은 것으로 나타남.

• 양자기술 분야 글로벌 주요 연구기관 현황에서 중국과학원, 중국과학기술대학이 타 기관에 비하여 월등히 많은 논문을 발표한 것으로 나타나는 등 논문 수 기준 상위 50위 내의 연구기관에 중국 13개, 미국 12개 기관이 포함됨. 상위 10% 엑셀런스와 상위 10% 점유율을 시구간별로 산출하고 결합분석을 통해 각 연구기관의 수준을 비교함.

글로벌/한국 주요 연구기관의 상위 5위까지의 인용주제를 추출하고 연구기관-인용주제 2-mode 네트워크를 구성하여 Entaglement(얽힘)과 Superconducting Qubits(초전도체 큐빗)이 양자기술분야 핵심 인용주제임을 확인함. 한국의 양자기술분야 연구는 전반적으로 규모가 작고, 다양한 연구가 산발적으로 진행되고 있는 양상으로 보이며, 아직 글로벌 추세에 비해 양자기술에 대한 연구 집중도가 낮은 것으로 판단됨.

• 본 연구에서는 양자기술 분야의 주요 국가별 분석을 비롯하여, 글로벌 주요 연구기관 및 한국 연구기관의 활동을 다양한 지표와 인용주제 분석으로 알아보고, 글로벌 추세와 한국의 현황을 비교·분석함. 한국의 양자기술 수준은 아직 글로벌 수준에 못 미치고 격차가 존재하므로 한국이 경쟁력을 갖는 분야를 집중적으로 발굴하고, 원천기술 확보를 위한 노력이 절실한 상황임.