양자기술 공급망 취약성 경고: 핵심 광물의 중국 편중 위기

양자기술에 필요한 소재, 왜 특별한가

양자컴퓨팅·센싱·통신 시스템은 전통 산업과 달리 극소량만 사용되지만 대체재가 사실상 없는 소재에 의존한다. IBM의 초전도 양자프로세서는 니오븀을 통해 조셉슨 접합을 구성하고, Google의 Willow 칩은 웨이퍼 접합부에 인듐을 활용하며, Microsoft의 위상 큐비트 프로토타입은 인듐 비소화물과 인듐 인화물을 사용한다. Amazon의 Ocelot 칩은 고품질 발진기에 탄탈럼이 필요하다. 소요량은 미미하지만, 대체 소재로 전환할 경우 성능 손실이 불가피하고 자격 인증에 수년이 걸린다.

니오븀과 니켈: 두 개의 핵심 병목

연구팀이 가장 먼저 지목한 소재는 니오븀이다. 미국은 자국 내 생산이 전무해 수입에 전적으로 의존하며, 브라질이 세계 공급의 약 90%를 단일 광산 중심으로 책임진다. 문제는 소유 구조다. 2016년 중국몰리브덴공사(CMOC)가 브라질 내 앵글로아메리칸의 니오븀·인산염 사업을 인수했고, 2024년 말에는 중국비철금속광업그룹이 또 다른 브라질 니오븀 자산을 취득했다. 이로써 중국은 자국 영토에서 니오븀을 채굴하지 않으면서도 세계 공급망에 대한 실질적 레버리지를 확보했다.

니켈도 다르지 않다. 세계 니켈 생산의 66%를 담당하는 인도네시아의 정련 능력 가운데 75% 이상이 복잡한 지분 구조를 통해 중국 기업 통제 하에 있다. 초전도 양자컴퓨터는 외부 자기장 차폐를 위해 니켈 함량 77~80%의 뮤메탈 합금이 필요한데, 이 공급망도 니오븀과 유사한 수준의 지정학적 노출을 안고 있다.

수출 통제가 가격을 어떻게 바꾸는가

연구팀은 중국의 행정적 수출 규제가 시장을 얼마나 빠르게 교란할 수 있는지 구체적 사례로 설명한다. 중국이 2025년 2월 비스무트를 이중 용도 수출 통제 품목에 추가하자 킬로그램당 약 12달러였던 현물 가격이 수 주 안에 108달러 이상으로 치솟았다. 안티모니는 유사한 규제 조치 이후 250% 상승했고, 3년 누적 상승률은 450%에 달한다. 2024년 12월에는 갈륨·게르마늄·안티모니의 대미 수출이 금지됐고, 2025년 4월에는 가돌리늄을 포함한 7종의 중희토류에 수출 허가제가 적용됐다. 이들 원소 다수는 양자센서·광학 메모리·레이저 구성 요소에 직접 쓰인다.

우주 환경의 양자 시스템 신뢰성 문제

논문의 두 번째 축은 우주 배치 양자 시스템의 내구성이다. 초전도 나노와이어 단일광자검출기(SNSPD)는 양자키분배(QKD) 위성 통신에 활용되는데, 지상 실험실에서는 90% 이상의 검출 효율을 보이지만 우주 환경에서의 실증은 아직 충분치 않다. 우주선(宇宙線)과 감마선이 초전도 회로의 쿠퍼 쌍을 깨뜨려 연쇄 오류를 유발하고, 오류 정정 체계 자체를 무력화할 수 있다는 것이 연구팀의 주장이다. 열 사이클링·진동·전자기 간섭도 검출 효율 저하와 암계수(dark count) 증가로 이어질 수 있다.

실시간 대시보드 제안과 한계

연구팀은 기존의 미국지질조사국(USGS) 연간 50종 핵심광물 목록과 국방부의 비축 프로그램(Project Vault)이 양자 분야에 필요한 소규모·고특이성 소재를 반영하지 못한다고 지적한다. 이를 보완하기 위해 소재별 집중도·대체 가능성·자격 인증 병목·지정학적 스트레스 신호를 연속 갱신하는 '양자 임계성 및 핵심광물 대시보드'를 제안한다. 아울러 포스트양자 암호(PQC) 전환과 공급망 안보를 병행 과제로 설정하며, 어느 하나가 실패해도 양자기술의 안전한 운용이 불가능하다고 강조한다. 다만 이번 논문은 프레임워크 제시에 초점을 맞춘 연구로, 세부 정책 설계와 국가별 이행 방안은 후속 연구에 남겨져 있다.