연세대학교(총장 윤동섭)는 일본 이화학연구소(이하 RIKEN), IBM과 함께 세계 최고 수준의 슈퍼컴퓨터 ‘후가쿠(Fugaku)’와 연세대의 ‘IBM 퀀텀 시스템 원’을 연결함으로써 거대 계산 프로젝트에 착수했다. 이번 프로젝트는 기존 컴퓨터로는 불가능했던 생명 현상의 비밀을 풀어나가는 것이 핵심이다.
계산의 한계를 넘다
현재 의료계의 가장 큰 난제 중 하나는 신생아의 미토콘드리아가 에너지를 생산하지 못해 1년 내 사망에 이르는 ‘리 증후군(Leigh Syndrome)’의 기전을 밝히는 것이다. 사람 몸의 모든 세포에는 수백에서 수천 개의 미토콘드리아가 있고 섭취한 음식으로 부터 전자를 떼어내어 전자 전달을 통해 필요한 에너지를 생산한다.
이때 유전자 돌연변이로 인해 발생하는 미토콘드리아 전자 전달의 이상이 리증후군의 원인이다. 이 증후군의 근원적 원인을 규명하기 위해서는 10억×10억 행렬의 대각화라는 초거대 계산이 필요한 것으로, 초당 100경 번의 연산이 가능한 세계에서 가장 빠른 슈퍼컴퓨터 엘캐피탄 전체 시스템이 해당 계산만 한다고 가정했을 때도 약 30년이 소요될 것으로 추정된다.
RIKEN의 후가쿠 또한 대표적 대규모 슈퍼컴퓨터로서 방대한 연산을 수행할 수 있음에도 공식 성능 수치에서는 엘캐피탄보다 낮은 수준으로 평가돼 해당 작업을 처리하는 데 더 많은 시간이 필요하다.
이에 연세대–IBM 연구진은 후가쿠-IBM 시스템 원 기반의 양자 중심 슈퍼컴퓨팅 아키텍처를 활용해 리 증후군의 생물학적 메커니즘을 더 깊고 빠르게 탐색하기 위한 공동연구를 진행할 예정이다.
국가와 학문 간 장벽을 넘는 ‘초연결’ 메가프로젝트
또한 이번 프로젝트는 단순 협력을 넘어 메가 사이언스 연구의 기반이 되는 거대 계산자원 간 물리적· 기술적 연결에 성공했다는 점에서 의의가 있다. RIKEN은 2025년 6월 IBM 퀀텀 시스템 투와 후가쿠의 연결에 성공했다. 연세대는 같은 해 11월 이화학연구소와 ‘바이오분야 양자알고리즘 공동연구 MOU 체결’을 거쳐 현재 IBM과 함께 다국적 초학제 연구진을 구성 했다.
이번 메가 프로젝트는 리 증후군에 관한 기전 연구를 시작으로 난치암의 미토콘드리아 전자전달 이상과 노화에서 생체에너지 대사 이상 등 생명과학과 의학의 거대 난제들을 정복해 나가는 데 필수적 연구 인프라가 국가의 경계를 넘어 구축됐다는 점에서 의미가 크다.
10경 배의 정밀도, 생명을 살리는 기술
지난 주말, RIKEN의 후가쿠와 IBM 퀀텀 시스템 원의 연결 및 샘플링 계산 환경 구축을 완료했으며 이는 단순 수치 계산을 넘어, 바이오 헬스케어 분야에서 인류의 난치병을 ‘원리적’으로 이해하고 해결하기 위한 실질적인 행보다.
이번 양자 중심 슈퍼컴퓨팅 시스템 구축은 연세대 양자사업단이 추진하는 ‘양자-AI 알고리즘 센터’의 기반 인프라로 기능하며 나아가 인천광역시와 함께 ‘국가 양자 클러스터’로 확대 발전시켜 나갈 계획이다. 연세대, RIKEN, 세계 최고 양자컴퓨팅 기업인 IBM 연구진의 노하우가 결집한 이 프로젝트는 대한민국이 전 세계 양자 생태계의 주도권을 확보하는 결정적 계기가 될 전망이다.
이번 생명과학 거대 계산 프로젝트를 주도한 정재호 양자사업단장은 “계산 능력의 한계는 무의식적으로 인류의 과학적 탐구의 경계를 제약해 왔다.”라며 “이번 양자컴퓨터와 고성능 슈퍼컴퓨터의 연결을 통해 인류의 난제를 해결해 나가는 계기가 마련되었다.” 라고 말했다.
