[기고] 새로운 생명 시대를 여는 '양자 AI 바이오시대'를 대비해야

AI와 양자컴퓨팅의 결합은
전례없는 계산 능력 갖춰
생명현상 연구 새 패러다임 기대

권태호 한국생명과학연구원 선임기술원

미래 과학기술의 방향은 점점 더 정밀하고 심층적인 세계로 향하고 있다. 첨단 바이오 분야에서는 유전체 해독, 세포 연구, 인공지능(AI) 기반 디지털 실험이 이어지며 생명의 지도와 작동 원리가 빠르게 밝혀지고 있다. 이제 과학의 시선은 분자보다 더 작은 곳, 전자와 양자의 움직임이 생명 현상을 이끄는 영역으로 확장되고 있다. 바로 양자(퀀텀) 바이오 시대다.

그동안 우리는 단백질, DNA, 세포 단위에서 생명을 이해해 왔다. 그러나 단백질이 펼쳐지고 다시 접히는 찰나의 순간이나 신경세포가 전기적 신호를 교환하며 감정과 기억이 만들어지는 순간에 양자역학적 상호작용이 깊숙이 자리하고 있다. 기존 컴퓨팅 기술로는 이러한 모든 변화를 계산하기 어렵기 때문에 생명을 더 작은 단위에서 이해하고자 하는 움직임 속에 퀀텀 바이오가 탄생했다.

권태호 한국생명과학연구원 선임기술원이 양자(퀀텀) AI 바이오에 대해 강연하고 있다. /한국생명과학연구원 제공

양자생물학과 퀀텀 바이오의 개념을 구분하는 건 중요하다. 양자생물학은 식물이 빛을 이용해 전자를 이동시키는 과정, 철새가 지구 자기장을 감지하는 능력 등 자연 속 양자 현상을 발견하고 설명하는 기초과학이다. 반면 퀀텀 바이오는 이러한 원리를 이용해 첨단바이오 기술을 설계하고 구현하는 응용 기술 분야다. 여기에 AI를 결합하면 디지털 환경에서 생명 시스템을 학습·예측·시뮬레이션하는 퀀텀 AI 바이오로 확장된다. 양자생물학이 자연을 이해하는 과학이라면, 퀀텀바이오는 자연을 설계하는 기술이고, 퀀텀AI바이오는 첨단바이오와 치료 전략을 창조하는 플랫폼이다.

AI는 이제 단순 분석을 넘어 스스로 목표를 설정하고 해결 전략을 제시하는 ‘에이전틱 AI’로 진화하고 있다. 이 같은 AI가 양자컴퓨팅과 결합하면 첨단바이오는 전례 없는 계산 능력을 갖추게 된다. 단백질이 어떻게 접히는지, 분자가 어떻게 상호작용하는지, 질병이 분자 수준에서 어떻게 시작되는지를 양자 알고리즘으로 실시간 계산할 수 있게 된다.

연구 방식도 변화하고 있다. 다수의 AI가 협력해 가설을 세우고 실험을 설계하며 결과를 학습해 최적 경로를 찾는 버추얼랩(가상실험실) 개념이 등장했다. 이런 연구 환경이 양자컴퓨팅과 결합하면 첨단바이오 연구는 물리 실험의 한계를 넘어 새로운 차원으로 확장될 것이다. 최근 글로벌 기업들은 슈퍼컴퓨터와 양자컴퓨터를 하나의 시스템처럼 연결해 생체분자 계산, 약물 설계, 세포 네트워크 분석에 활용하겠다는 계획을 발표하고 있다. 스마트폰이 일상 전체를 바꾼 것처럼 하이브리드 퀀텀 AI 시스템이 산업 전반에 자연스럽게 스며들고 있는 것이다.

양자는 미래의 공상과학 기술이 아니다. 익숙해서 느끼지 못할 뿐 우리는 이미 일상에서 양자 기술을 사용하고 있다. 스마트폰 위성항법장치(GPS)의 위치 측정에 필요한 위성 신호 동기화, 온라인 금융 보안을 위한 양자암호 연구 등 일상의 다양한 시스템 속에 양자역학 원리가 숨어 있다.

퀀텀 바이오는 생명 현상을 이해하고 설계하는 방식 자체를 다시 쓰고 있다. AI가 생명 데이터를 읽고, 양자컴퓨팅이 생명의 가장 작은 단위를 계산하고, 실험과 시뮬레이션이 결합된 새로운 연구 패러다임이 표준이 되는 시대가 다가오고 있다. 현재 우리는 퀀텀 AI와 첨단바이오가 만나 새로운 생명 시대를 여는 출발선에 서 있다. 이제 세포보다 작고, 유전자보다 정밀하며, 전자보다 빠른 세계가 펼쳐진다. 퀀텀 바이오와 퀀텀 AI 바이오는 더 이상 미래의 가능성이 아니라 현실이다. 이 흐름을 이해하고 준비하는 자에게만 인류의 과학과 산업을 새롭게 설계할 기회가 주어질 것이다.