마요라나 1이란? — ‘위상’이 다른 이유

마요라나 1(Majorana 1)은 2025년 2월 19일 마이크로소프트가 공개한
세계 최초의 위상적 코어(Topological Core) 기반 양자 처리 장치(QPU)입니다.
이름은 1930년대 이탈리아 물리학자 에토레 마요라나가 예측한 ‘마요라나 페르미온’에서
따왔으며, 17년간 이어진 MS의 가장 오래된 연구 과제의 산물입니다.

기존 양자칩이 ‘초전도 큐비트’나 ‘이온 트랩’ 방식을 쓰는 것과 달리,
마요라나 1은 위상적 큐비트(Topological Qubit)를 채택했습니다.
위상적 큐비트의 핵심은 양자 정보를 공간적으로 분리된 두 끝점에 분산 저장함으로써,
환경의 미세한 노이즈가 정보를 건드리지 못하게 만드는 구조에 있습니다.
이론상 오류율이 구조적으로 억제되므로 오류 보정을 위한 추가 큐비트 소모가 획기적으로 줄어듭니다.

MS는 현재 마요라나 1에 8개의 위상 큐비트를 탑재했고, 이를 출발점으로
단일 칩에서 100만 큐비트까지 집적하겠다는 로드맵을 발표했습니다.
현재 업계 최대 수준인 IBM의 1,000큐비트급 시스템과 비교하면, 목표치 자체가
1,000배 이상 높은 셈입니다.

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어떻게 작동하나 — 토포컨덕터와 MZM의 원리

마요라나 1의 핵심 소재는 MS가 자체 개발한 토포컨덕터(Topoconductor)입니다.
인듐 비소(반도체)와 알루미늄(초전도체)을 결합한 이 소재는, 절대영도 근방으로
냉각하고 자기장을 가하면 ‘위상적 초전도 상태’라는 새로운 물질 상태를 형성합니다.
이 상태에서 나노와이어의 양 끝에 마요라나 제로 모드(MZM)라는
준입자가 생성되며, 바로 이것이 큐비트의 저장 단위가 됩니다.

큐비트 읽기: 마이크로파 반사 기법

MZM에 저장된 양자 정보는 ‘짝수 또는 홀수 개의 전자’ 패리티로 인코딩됩니다.
MS는 디지털 스위치로 나노와이어 양끝을 양자점(Quantum Dot)에 연결하고,
마이크로파를 쏘아 그 반사 패턴을 분석함으로써 패리티를 판독합니다.
초기 측정 오류율은 1% 수준이며, MS는 이를 더욱 낮출 수 있는 경로가
명확하다고 밝히고 있습니다.

테트론(Tetron): 큐비트 단위 구조

단일 큐비트 소자는 ‘테트론(Tetron)’이라 불리며, 두 개의 병렬 위상 나노와이어와
수직 초전도 연결선으로 구성된 H자 형태입니다.
오류 보정 구현을 위해 MS는 4×2 테트론 배열(8 큐비트)에서
두 개의 논리 큐비트에 대한 양자 오류 검출 시연을 다음 목표로 삼고 있습니다.
최종적으로는 27×13 테트론 배열(351 물리 큐비트)로 확장해
내결함성 프로토타입(FTP) 구현에 도전합니다.

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논란의 전말 — 철회된 Nature 논문부터 지금까지

마요라나 1을 둘러싼 논쟁은 하루아침에 생긴 것이 아닙니다.
MS의 위상 큐비트 연구는 2021년 Nature 논문 철회라는 뼈아픈 이력을 갖고 있습니다.
당시 독립 전문가들이 분석 오류를 지적하면서 논문이 취소됐고,
2023년에는 마요라나 1의 전신 연구마저 여러 전문가로부터 혹독한 비판을 받았습니다.

2025년 2월, MS는 새 Nature 논문과 함께 마요라나 1을 공개했으나
이번에도 논란이 이어졌습니다. Nature 편집팀은 논문에 이례적인 편집 노트를 달아
“이 연구 결과는 MZM의 존재 증거를 나타내지 않는다“고 명시했습니다.
MS 측 보도자료는 정반대의 주장을 담고 있어, 사실상 같은 날 정반대 메시지가
공식 채널에서 나오는 초유의 상황이 연출됐습니다.

2025년 7월, MS는 추가 데이터를 공개했고 코넬대 은아-킴(Eun-Ah Kim) 교수는
“이전보다 위상 큐비트에 가까운 거동이 확인된다”며 긍정적인 평가를 내놓았습니다.
반면 세인트앤드루스대 헨리 레그(Henry Legg) 연구원은
“기능하는 위상 큐비트는커녕 기본 구성 요소조차 증명되지 않았다”는 입장을
2025년 말까지 유지했습니다.

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DARPA가 MS를 선택한 이유 — US2QC 최종 단계

논란에도 불구하고 미국 방위고등연구계획국(DARPA)은 마요라나 1 발표와 함께
MS를 자체 양자 벤치마킹 프로그램 US2QC(Underexplored Systems for
Utility-Scale Quantum Computing)의 최종 단계로 선발했습니다.
US2QC는 DARPA의 더 큰 양자 벤치마킹 이니셔티브(QBI)의 일부로,
공군 연구소·존스홉킨스 응용물리연구소·나사 에임스 연구소 등이 참여하는
엄격한 독립 평가 체계입니다.

DARPA가 MS를 선택한 핵심 이유는 단순히 큐비트 수가 많아서가 아닙니다.
확장성(Scalability)과 오류 보정 아키텍처의
로드맵을 신뢰했기 때문입니다. 위상 큐비트 방식은 오류 보정을 위한 물리 큐비트 오버헤드가
기존 표면 코드 방식 대비 약 10분의 1 수준으로 추정됩니다.
즉, 100만 큐비트 칩이라는 목표가 단순한 마케팅 숫자가 아닌,
공학적으로 실현 가능한 경로 위에 있다고 판단한 것입니다.

MS는 이 최종 단계에서 내결함성 프로토타입(FTP)을
‘수십 년이 아닌 수년 안에’ 구축하겠다는 목표를 공식화했습니다.
DARPA 선정은 외부 검증의 의미도 크지만, 동시에 국방·안보 분야의
실용적 양자컴퓨터 수요가 이미 현실화됐다는 신호이기도 합니다.

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경쟁 구도 한눈에 — MS vs 구글 vs IBM

양자컴퓨터 패권 경쟁은 이제 3파전을 넘어 다파전 양상을 띠고 있습니다.
각사의 접근 방식과 2026년 현재 위치를 아래 표로 정리했습니다.

구글의 윌로우 칩은 슈퍼컴퓨터로 10의 25제곱년 걸리는 계산을 5분 만에 처리했다는
발표로 주목받았으나, 이는 ‘의도적으로 양자컴퓨터에 유리하게 설계된 문제’라는
비판을 받기도 합니다. IBM은 큐비트 수에서 앞서 있지만 오류율 문제를 해결하기 위해
방대한 물리 큐비트 오버헤드를 감수해야 합니다. 반면 MS의 방식은
오류 억제가 구조 안에 내재되어 있어, 성공만 한다면 게임 체인저가 될 수 있습니다.

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한국 양자컴퓨터 현황 — 세계와의 격차

미국·중국의 양자컴퓨팅 기술 주도권 경쟁이 가열되는 가운데,
한국의 위치는 냉정하게 바라볼 필요가 있습니다.
글로벌 기술력 순위에서 한국은 미국(1위), 중국(2위)에 이어 최하권에 머물고 있다는
평가가 지배적입니다.

현재 진척 상황

한국표준과학연구원(KRISS)은 20큐비트 양자컴퓨터를 개발했으며,
2026년 목표로 50큐비트급 시스템 구축을 추진하고 있습니다.
한국전자통신연구원(ETRI)은 세계 최초 특정 방식의 양자 오류 보정 시연에
성공하는 등 순수 연구 분야에서는 의미 있는 성과를 내고 있습니다.
그러나 산업 생태계와 민간 투자 규모 면에서는 미국·중국과 현격한 격차가 존재합니다.

왜 지금 주목해야 하는가

양자컴퓨팅은 ‘암호 해독’이라는 안보 이슈와 직결됩니다.
현재 금융·군사·국가 인프라 전반이 사용하는 RSA 암호화 방식은
충분한 큐비트를 갖춘 양자컴퓨터 앞에서 무력화될 수 있습니다.
미국이 이미 NIST 양자 내성 암호 표준을 2024년 확정한 것도 이 때문입니다.
한국 역시 단순한 기술 추격을 넘어, 양자 내성 암호 적용 로드맵과
국내 양자컴퓨팅 생태계 육성이 시급한 과제로 떠오르고 있습니다.

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