도시철도와 같은 복잡한 사회 인프라 운영에서는 수많은 변수들이 동시에 작용하며, 이 변수 간의 조합은 기하급수적으로 증가한다. 시간대별 수요 변화, 에너지 소비, 인력 배치, 사고 대응 등 다양한 요소들이 맞물릴 경우, 기존 컴퓨터의 연산 능력으로는 모든 경우의 수를 빠르게 계산해 최적의 해답을 도출하는 데 한계가 있다.

양자컴퓨팅은 이처럼 방대한 조합 문제를 동시에 계산하고 더 정밀한 해답을 도출할 수 있는 새로운 계산 패러다임으로, 복잡계 최적화에 특화된 기술이다. 특히 도시철도 배차와 같이 예측 불가능한 상황이 많은 환경에서는 양자 알고리듬을 활용한 시뮬레이션이 기존 기술보다 빠르고 효율적인 운영 전략을 가능하게 한다.

양자컴퓨팅 연구개발 및 양자보안, AI 인프라 운영 기업 한국퀀텀컴퓨팅(대표 김준영, 이하 ‘KQC’)이 국가 R&D 프로그램의 일환으로 한국연구재단(NRF)이 주관하는 ‘양자컴퓨팅 기반 양자이득 도전연구’ 사업 중 하나인 ‘양자컴퓨터를 이용한 부산 도시철도 배차 최적화 연구’ 프로젝트에 최종 선정됐다고 24일 밝혔다.

이번 과제는 양자컴퓨터를 활용해 대중교통 운영 효율성을 연구하는 사례로, 부산 도시철도 운행 데이터를 기반으로 최적의 배차 간격 및 운영 효율을 개선하는 것이 핵심이다. 특히, 혼잡 시간대 수요 분산, 에너지 절감, 인력 운영의 효율화 등 복잡한 변수간 상호작용을 고도화된 양자 알고리듬으로 분석해, 기존 컴퓨팅보다 정밀한 최적화 모델을 올해 말까지 연구 개발할 계획이다.

KQC는 IBM 양자시스템 허브를 통해 확보한 양자 알고리듬 운용 기술과 자체 개발한 하이브리드 양자 최적화 프레임워크를 기반으로, 도시 운영의 안전성과 효율성을 동시에 높이고 양자기술의 산업 응용 가능성을 넓힐 계획이다.

부산교통공사는 이번 과제를 시작으로 경영 전반에 양자컴퓨팅을 적극 도입해 교통 운영의 복잡한 변수들을 동시에 계산하고 예측함으로써 효율성을 높이는 한편, 향후 재난상황 고려 및 주요 시설물 유지·관리 체계에도 양자 기술을 접목한다는 방침이다.

한편, KQC는 2021년부터 IBM 퀀텀 네트워크(Quantum Network)의 일원으로 IBM 퀀텀 시스템에 대한 클라우드 액세스 제공부터, 양자컴퓨팅 알고리듬 및 연구개발을 통해 국내 양자컴퓨팅 상용화에 앞장서고 있다.

부산교통공사 이병진 사장은 “이번 협력은 단순한 기술 시범을 넘어, 양자기술을 실질적 경영성과로 연결시키는 의미 있는 시도”라며 “도시철도 배차 최적화는 물론, 시설물 관리 및 사고 예방 분야까지 가능성을 확대시킬 수 있을 것으로 기대한다.”라고 말했다.