[퀀텀시대] 신약 개발을 수개월 안에?...헬스케어 업계 “우리는 도박 중”

신약 R&D 수년서 3~6개월로 줄일 가능성
췌장암 유발 단백질 항암 후보물질 발견도
“신약과 치료법 개발의 판도를 바꿀 것
하루라도 빨리 양자 기술 활용해봐야”

▲미국 클리블랜드 클리닉 식당에 설치된 IBM 양자컴퓨터 시스템원이 보이고 있다. 출처 클리블랜드 클리닉

17년. 일반적으로 연구실에서 나온 과학적 발견이 환자에게 승인된 검사나 치료법이 되기까지 걸리는 시간이다. 신약 개발에도 10년 이상이 소요된다. 이런 시간을 획기적으로 줄일 수 있다면? 양자컴퓨터에 헬스산업계가 주목하는 건 바로 이 가능성 때문이다.

세계경제포럼(WEF·다보스포럼) 4차산업혁명센터의 양자 기술 주제 책임자인 아루니마 사카르는 최근 “양자컴퓨터는 신약과 치료법 개발의 판도를 바꾸는 ‘게임체인저’가 될 것”이라고 평가했다. 그러면서 “양자컴퓨터가 전례 없는 연산 속도로 △신약 발견 가속화 △정밀 진단 △치료법 최적화 △질병 모델링 등을 가능하게 해 의료혁신을 가속화할 전망”이라고 설명했다.

미국 바이오테크 스타트업 인실리코메디신은 실제 항암 물질 발견에 양자 기술을 활용해 성과를 보였다. 인실리코메디신은 지난달 22일(현지시간) 캐나다 토론토대와 협업해 IBM 16큐비트 양자 프로세스와 고전 생성모델을 이용해 췌장암 등을 유발하는 KRAS 단백질과 결합하는 후보 물질 2개를 발굴했다고 밝혔다.

KRAS 단백질은 독특한 분자구조로 발견된 지 40년이 넘었지만, 일부 변이 치료제만 개발됐을 뿐이다. 그런데 ‘양자-고전 하이브리드 모델(QCBM)’이 양자 얽힘을 통해 새로운 확률분포를 학습, 더 창의적인 분자를 생성함으로써 이런 성과가 가능했던 것으로 보인다. 약물 탐색 성공률도 21.5% 향상된 것으로 나타났다.

유키웡 홍콩주하이컬리지 교수 등은 앞서 2023년 4월 “‘양자 기반 머신러닝 시뮬레이션(QMLS)’으로 신약 연구개발(R&D) 기간을 수년에서 3~6개월로 단축하고 비용은 5만~8만 달러(약 7281만~1억1650만 원)로 줄일 수 있을 것”이란 내용의 연구를 발표하기도 했다. 우리나라 식품의약품안전처에 따르면 현재 신약 개발부터 사용까지는 10~15년의 기간과 800만~13억 달러 이상의 비용이 드는 것으로 추정된다.

클리블랜드 클리닉의 라라 제히 최고연구정보책임자는 네이처 메디슨에 “우리가 도박하고 있다는 것을 알고 있다”면서도 “미지의 기술을 하루라도 더 빨리 활용해봐야 한다”고 강조했다. 클리블랜드 클리닉은 2023년 IBM과 10년간 파트너십을 체결해 세계 최초로 의료·헬스 연구 전용 양자컴퓨터 ‘시스템원’을 도입했다.

클리블랜드 클리닉은 항생제 처방의 정확성과 속도를 향상시키는 알고리즘 개선 프로젝트 등 12개 이상의 양자 프로젝트를 진행 중이다.

캐나다, 독일, 일본에서도 시스템원을 도입했으며 연세대학교도 지난해 말 시스템원을 설치하고 의료·제약 분야에 집중적으로 활용하고 있다. 독일 베링거인겔하임, 미국 모더나, 스위스 로슈 등 글로벌 제약사들도 양자컴퓨터를 이용한 신약 개발에 열을 올리고 있다.

국가별 경쟁도 치열해질 전망이다. 미국이 가장 앞서고 있지만, 중국도 2023년 안후이 벙부 의과대학이 양자컴퓨터 스타트업인 오리진퀀텀과 유방 촬영 효율성을 향상시키는 기술을 의료분야에 적용한 데 이어 지난해 12월 중국 최초의 양자컴퓨터 및 데이터 의학연구소를 설립하는 등 속도를 내고 있다. 독일과 프랑스도 정부 차원에서 투자하고 있다.

글로벌 시장조사 기관 포춘비즈니스인사이트에 따르면 글로벌 헬스케어 관련 양자컴퓨터 시장 규모는 올해 1억7290만 달러에서 2032년 18억9750만 달러로 성장할 것으로 예상된다.