가톨릭대학교 서울성모병원, 서울시립대학교, 플로우닉스 공동연구팀이 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 주관하는 '2026년도 양자컴퓨팅 기반 양자이득 도전연구사업' 신규과제에 선정됐다고 25일 밝혔다.

이번 연구는 양자알고리듬을 활용해 심혈관질환의 전산유체역학(CFD, Computational Fluid Dynamics) 분석 속도와 정확도를 높이고, 임상 현장에서 양자컴퓨팅이 고전 컴퓨터 대비 이득을 보이는 조건을 수치로 규명하는 것을 목표로 한다. 연구 기간은 2026년부터 2028년까지 2년 6개월이며, 국책 연구비 25억원을 지원받는다.

연구팀은 심장·좌심방·대동맥을 자동 구분하는 3차원 딥러닝 영역화 모델 개발을 시작으로, 양자 기반 혈류역학 모델을 구축하고 4D Flow MRI를 활용해 실제 환자 사례로 결과를 검증할 계획이다. 최종 목표는 기존 고전적 CFD 대비 양자 기반 CFD의 정밀도를 95% 이상 확보하는 것이다. 연구 대상은 전체 인구의 2~3%에서 발생하는 가장 흔한 지속성 부정맥인 심방세동으로 시작해 이후 다른 심장질환으로 확대한다.

현재 양자컴퓨터는 잡음이 많은 중규모 장치(Noisy Intermediate-Scale Quantum) 단계에 머물러 있어, 오류를 줄이면서도 회로와 측정 횟수를 얼마나 아낄 수 있는지가 관건이다.

연구팀은 변분양자알고리듬(Variational Quantum Algorithm), 크릴로프 부분공간(Krylov Subspace) 탐색기법, 고전적 섀도우(Classical Shadow) 측정기법, 비마르코프 양자오류완화(Non-Markovian Quantum Error Mitigation) 기법 등 네 가지 기술을 결합해 효율적인 양자연산과 오류 감소를 동시에 추구한다.

주관기관인 서울성모병원은 CT 영상과 임상 경과·예후 자료 확보 및 환자 전향적 추적, 4D Flow MRI 기반 최종 결과 검증을 총괄한다. 서울시립대학교는 네 가지 기법을 결합한 양자적 해법(solver) 구현과 양자이득 여부 판정용 성능지표 산출을 전담한다. 플로우닉스는 자체 개발한 4D Flow MRI 기반 혈류 분석 자동화 플랫폼 '플로우닉스 스트림라이너(Flonics-Streamliner)'를 통해 양자 CFD의 정확도를 검증한다.

연구책임자 윤종찬 교수는 "혈류역학(Hemodynamics)에 근거한 환자별 맞춤 진단과 치료가 아직 임상 현장에서 충분히 구현되지 못하고 있다"며 "계산 비용이 가장 큰 CFD Solver 단계에 양자알고리듬과 오류완화 기법을 적용해 실제 임상에서 양자이득이 나타나는 조건을 확인하고자 한다"고 밝혔다.

안도열 교수는 "양자알고리듬의 이론적 가능성을 넘어, 목표 정확도를 유지하면서 회로 자원과 측정 횟수를 얼마나 줄일 수 있는지를 수치로 규명할 것"이라고 설명했다. 이규한 소장은 "이번 연구에서 구축되는 검증 체계를 향후 다른 심혈관질환과 다양한 의료 영상 기반 진단 소프트웨어로 확장해 나가겠다"고 덧붙였다.

한편, 공동연구팀은 2025년 미국 국립보건원(NIH) 산하 국립전환과학진흥센터 주관 양자컴퓨팅 챌린지에 국내 유일 선정, 2026년 미국 클리블랜드 클리닉과 K5 글로벌 공동 주관 퀀텀 이노베이션 캐털라이저 프로그램에 한국 유일 최종 선정 등 국제 무대에서도 연구 방향성을 검증받은 바 있다.