[메디칼타임즈=최선 기자] 가톨릭대학교 서울성모병원과 서울시립대학교, 플로우닉스 공동연구팀이 양자컴퓨팅을 활용한 심혈관 정밀의료 기술 개발에 나선다.

공동연구팀은 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 주관하는 '2026년도 양자컴퓨팅 기반 양자이득 도전연구사업' 신규과제에 선정됐다고 25일 밝혔다.

연구팀은 2026년부터 2028년까지 2년 6개월간 총 25억원의 국책연구비를 지원받아 양자알고리듬 기반 전산유체역학(CFD) 기술을 개발하고 실제 임상에서 양자컴퓨팅의 성능 우위를 검증할 계획이다.

핵심은 혈류역학 분석의 고질적인 연산 부담을 양자컴퓨팅으로 해결하는 것이다. CT나 MRI는 혈관과 심장의 구조를 보여주지만 혈류의 속도와 압력, 혈관벽에 가해지는 마찰력인 벽전단응력까지 직접 보여주는 데에는 한계가 있다. CFD는 영상 데이터를 기반으로 이러한 혈류역학 정보를 계산할 수 있지만, 정밀도를 높일수록 연산량이 급격히 증가해 임상 적용에 제약이 있었다.

연구팀은 이 과정에 양자알고리듬을 적용한다. 양자컴퓨터의 중첩 원리를 활용해 방대한 계산을 효율적으로 처리하고, 변분양자알고리듬과 크릴로프 부분공간 탐색, 고전적 섀도우 측정, 비마르코프 양자오류완화 등 네 가지 기법을 결합해 연산 효율과 정확도를 높인다는 구상이다.

특히 이번 연구의 목표는 단순히 '양자컴퓨터가 빠르다'는 가능성을 입증하는 데 있지 않다. 현재 양자컴퓨터는 잡음이 많은 중규모 양자(NISQ) 단계인 만큼, 목표 정확도를 유지하면서 회로 자원과 측정 횟수를 얼마나 줄일 수 있는지, 실제로 고전 컴퓨터보다 우수한 '양자이득'이 발생하는 조건이 무엇인지 수치로 규명하는 데 초점을 맞춘다.

연구는 심방세동 환자를 대상으로 시작한다. 초기에는 심장과 좌심방, 대동맥 등을 자동으로 구분하는 3차원 딥러닝 영역화 모델을 개발한 뒤 양자 기반 혈류역학 모델을 구축한다. 이후 4D Flow MRI를 활용해 실제 환자 사례에서 결과를 검증하고, 기존 고전적 CFD 대비 양자 기반 CFD의 정밀도 95% 이상을 확보한다는 목표다.

기관별 역할도 나뉜다. 서울성모병원은 CT 영상과 임상 경과·예후 자료를 확보하고 환자를 전향적으로 추적하는 등 임상 데이터와 검증을 담당한다. 서울시립대학교는 네 가지 양자기법을 결합한 양자 솔버를 개발하고 양자이득을 판단할 성능지표를 산출한다. 플로우닉스는 자체 개발한 4D Flow MRI 기반 혈류 분석 플랫폼 '플로우닉스 스트림라이너(Flonics-Streamliner)'를 활용해 양자 CFD의 정확도를 검증한다.

연구책임자인 서울성모병원 순환기내과 윤종찬 교수는 "혈류역학에 근거한 환자별 맞춤 진단과 치료가 심혈관질환 극복의 핵심이지만, 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 말했다.

서울시립대학교 안도열 명예석좌교수는 "양자알고리듬의 이론적 가능성을 보여주는 데 그치지 않고, 목표 정확도를 유지하면서 회로 자원과 측정 횟수를 얼마나 줄일 수 있는지를 수치로 규명할 것"이라고 설명했다.

플로우닉스 이규한 연구소장은 "이번 연구에서 구축되는 검증 체계를 향후 다른 심혈관질환과 다양한 의료 영상 기반 진단 소프트웨어로 확장해 나가겠다"고 밝혔다.

이번 연구는 심방세동을 시작으로 다른 심혈관질환으로 범위를 넓히는 한편, 향후 뇌혈관질환 진단과 의공학 기기 설계, 메디컬트윈 기반 정밀의료 등으로 양자컴퓨팅 기반 CFD 기술을 확장하는 것을 목표로 한다.

한편 연구팀은 이번 국가과제 선정에 앞서 국제 무대에서도 연구 역량을 인정받았다. 2025년 미국 국립보건원(NIH) 산하 국립전환과학진흥센터가 주관한 양자컴퓨팅 챌린지에 국내에서 유일하게 선정된 데 이어, 2026년에는 미국 클리블랜드 클리닉과 글로벌 투자사 K5 글로벌이 공동 주관한 퀀텀 이노베이션 캐털라이저 프로그램에도 한국에서 유일하게 최종 선정됐다.