가톨릭대학교 서울성모병원과 서울시립대학교, 플로우닉스 공동연구팀이 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 ‘2026년도 양자컴퓨팅 기반 양자이득 도전연구사업’ 신규과제에 선정됐다.
공동연구팀은 2028년까지 2년 6개월간 25억원을 지원받아 양자알고리듬을 활용한 심혈관질환 전산유체역학(CFD) 분석 기술을 개발한다. 양자컴퓨터가 고전 컴퓨터보다 높은 계산 효율을 보이는 조건을 실제 임상데이터를 기반으로 규명하는 것이 목표다.
연구에는 서울성모병원 영상의학과 정정임·백경민·장수연 교수와 심뇌혈관병원 순환기내과 윤종찬·최영·승재호 교수, 서울시립대학교 안도열 명예석좌교수, 플로우닉스 하호진 대표와 이규한 연구소장이 참여한다. 연구책임자는 윤종찬 교수가 맡았다.
전산유체역학은 컴퓨터단층촬영(CT)이나 자기공명영상(MRI) 등에서 얻은 해부학적 구조에 유체의 물리 법칙을 적용해 혈류의 속도와 압력, 혈관벽에 작용하는 벽전단응력 등을 계산하는 기술이다. 혈관 협착 정도를 중심으로 확인하는 해부학적 영상의 한계를 보완할 수 있지만, 격자 요소가 늘어나고 경계 조건이 복잡해지면 계산 시간이 길어지는 문제가 있다.
연구팀은 이 같은 계산 병목 구간에 양자알고리듬을 적용한다. 양자컴퓨터와 고전 컴퓨터가 계산과 오차 보정을 반복하는 변분양자알고리듬, 탐색 범위를 줄이는 크릴로프 부분공간 기법, 여러 물리량을 동시에 추정하는 고전적 섀도우 측정, 비마르코프 양자오류완화 기법을 결합할 계획이다.
연구는 심장과 좌심방, 대동맥을 자동 구분하는 3차원 딥러닝 영역화 모델 개발을 시작으로 양자 기반 혈류역학 모델 구축과 임상데이터 검증 순으로 진행된다. CT와 4D Flow MRI를 활용해 양자 기반 CFD와 기존 CFD의 결과를 비교하고, 양자 기반 분석의 정밀도를 기존 방식 대비 95% 이상 확보하는 것을 목표로 설정했다.
첫 적용 대상은 심방세동이다. 이후 다른 심혈관질환으로 연구 범위를 확대하고, 양자컴퓨팅을 활용한 혈류 분석이 실제 임상 환경에서 이득을 보이는 조건을 구체화할 예정이다.
서울성모병원은 환자 CT 영상과 임상 경과·예후 자료 확보, 전향적 추적과 4D Flow MRI 검증을 담당한다. 서울시립대학교는 양자알고리듬과 양자 해법을 개발하고, 플로우닉스는 4D Flow MRI 기반 혈류 분석 자동화 플랫폼을 활용해 양자 CFD의 정확도를 검증한다.
윤종찬 교수는 “계산 비용이 가장 큰 CFD 해법 단계에 양자알고리듬과 오류완화 기법을 적용해 실제 임상에서 양자이득이 나타나는 조건을 확인하고자 한다”고 말했다.
연구팀은 2025년 미국 국립보건원 산하 국립전환과학진흥센터의 양자컴퓨팅 챌린지에 선정된 데 이어 올해 클리블랜드 클리닉의 ‘퀀텀 이노베이션 캐털라이저’ 프로그램에도 참여했다. 클리블랜드 클리닉은 싱귤래리티 퀀텀의 심혈관 위험 예측용 양자 시뮬레이션 연구를 2026년 선정 과제로 발표했다.
