[서울=뉴스핌] 황숙혜 기자 = 양자 컴퓨터 기술의 개발과 상용화에 초전도체(superconductor)의 역할은 절대적이다.

오류 정정 임계값 이하와 빛의 속도를 연출하는 구글의 윌로우 칩도 초전도체 없이는 작동할 수 없다.

때문에 이른바 양자 테마를 주도할 유망주를 찾는 투자자들은 초전도체 분야의 핵심 기술을 가진 업체들을 주목한다.

◆ 초전도체란? = 일반인들에게 낯선 초전도체는 일정한 임계 온도 이하로 냉각되면 전기적 저항 없이 전류를 흐르게 하는 물질이다. 이 때 완전한 전도(perfect conductivity) 즉, 초전도 상태에 도달하며, 전류는 에너지 손실 없이 무한히 흐르게 된다.

일정 수준 이하의 온도에서 전기를 저항과 에너지 손실 없이 전도하는 물질로, 어떤 에너지도 손실되지 않기 때문에 전류가 지속적으로 흐르는 원리다.

카네기 멜런 대학교의 마이클 매크헨리 재료 공학 교수는 관련 보고서에서 초전도에 대해 양자역학적 특성에 의해 전기 저항과 자기장이 소거되는 현상이라고 설명한 바 있다. 초전도체는 일반적인 도체가 작동하는 방식과 근본적으로 다르다는 얘기다.

일반 도체와 초전도체는 구체적으로 어떻게 다를까. 관련 보고서에 따르면, 일반 도체의 경우 전원이 공급되면 전자가 원자에서 원자로 이동하며 흐르는데, 이 과정에 핵과 충돌하며 저항이 생기고 에너지가 열로 소모된다. 전원이 제거되면 전류도 멈춘다.

반면 초전도체는 특정한 원자 구조 때문에 전원이 제거돼도 전류가 지속적으로 유지된다. 전자가 서로 짝을 이루어 소위 쿠퍼 쌍(cooper pairs)을 형성하고, 진동하는 핵 구조와 동기화돼 마찰 없이 이동한다. 이 같은 전자 쌍은 반대 방향으로 회전하며 같은 속도로 이동하기 때문에 충돌이 발생하지 않는다.

업계 전문가들은 온도가 낮아질수록 이 같은 경로가 더욱 정돈된다고 말한다. 대부분의 초전도체는 절대 영도(0 K)에 가까울 때 나타나지만 물질에 따라 임계 온도는 다르다.

초전도체 기술을 적용한 아메리칸 슈퍼컨덕터의 전력 시스템 장비 [사진=업체 제공]

초전도체는 다른 물체를 공중에 띄우는 힘도 가지고 있다. 이를 반자기 부상(diamagnetic levitation)이라고 하며, 초전도체는 자신만의 자기장을 생성해 외부 자기장을 차단하고 중력보다 강력한 반발력을 만들어낸다. 이를 마이스너 효과(Meissner effect)라고 한다.

초전도체 분야의 가장 커다란 과제는 보다 높은 온도, 즉 실용적인 온도에서 작동 가능한 초전도 물질을 발견하는 일이다.

지난 2023년 한국 연구진이 상온 및 상압 초전도체(room-temperature, ambient-pressure superconductor)를 발견했다고 발표했고, 해당 물질을 'LK-99'라고 지칭했다.

하지만 메릴랜드 대학교 응집물질 이론센터에서 LK-99가 초전도체가 아니라고 반박했고, 획기적인 돌파구를 기다리던 업계는 실망감을 나타냈다.

보도에 따르면 최근에는 고온 초전도체(high-temperature superconductor)라고 불리는 새로운 유형의 초전도체가 발견됐다. 세라믹 구리 산화물(copper-oxide ceramics)로, 액화 질소로 냉각해도 초전도성을 보인다는 설명이다.

마켓 리서치 퓨처의 슈밤 문제 수석 연구원은 보고서에서 "초전도 상태의 전자들은 개별 입자가 아니라 하나의 공동체처럼 행동한다"며 '과학자들은 더 높은 온도에서 초전도성을 유지하는 물질을 찾기 위해 노력중"이라고 밝혔다.

◆ 어디에 쓰이나 = 양자 컴퓨팅의 핵심으로 꼽히는 초전도체는 다양한 분야에서 이미 사용되고 있다.

초전도체는 금속과 고분자, 산화물 등 다양한 형태로 만들 수 있다. 납과 주석, 수은 등 단순 금속 뿐 아니라 희토류 바륨 구리 산화물(rare-earth barium copper ooxides)과 같은 복잡한 세라믹 형태도 가능하다.

세라믹 고온 초전도체의 발견으로 게오르크 베드노르츠와 카를 뮐러가 지난 1987년 노벨 물리학상을 받기도 했다.

의료 분야에서는 MRI(자기공명영상) 장치가 초전도성 자석으로 고유한 자기장을 형성해 고정밀, 고감도 이미징을 가능하게 한다.

자기 약물 전달 시스템(magnetic drug delivery systems)과 암세포 탐지 기술(cancer cell detection)에서도 초전도체의 잠재력이 연구되는 상황이다.

전력 송전에도 초전도체가 접목된다. 초전도 케이블은 사실상 전력 손실 없이 대전류를 전송할 수 있어 미래 전력망의 핵심 기술로 주목 받는다.

미국 에너지부는 초전도 전력선이 구리보다 200배 효율적이라는 평가를 내놓았고, 관련 실증 작업 및 자금 지원을 진행 중이다.

과학 연구 분야에서 초전도체는 입자 가속기(particle accelerator)의 핵심 자석, 암흑 물질(dark matter) 및 중성미자(neutrino) 탐지용 나노와이어 검출기 등에도 사용된다.

자기부상열차(maglev)에도 초전도체 기술이 중추에 해당한다. 마찰 없는 전자기식 운송 수단인 자기부상열차는 초전도체를 이용해 고속 이동한다.

초전도 시스템의 한 부분이 열차를 떠오르게 하고, 다른 한쪽이 전진 운동을 담당하는 구조다. 보도에 따르면 현재 전세계에서 6대의 자기부상열차가 상용 운행하고 있다.

꿈의 기술 양자 컴퓨팅을 현실화하는 데도 초전도체는 필수다. 양자 컴퓨팅의 핵심 기반 기술 가운데 하나로 꼽힌다.

양자 컴퓨터가 정보를 빛의 속도로 처리할 수 있게 하는 것은 초전류 회로 루프로 구성된 초전도 큐비트(superconductor qubit)다.

양자 분야의 빅테크와 스타트업이 대부분 초전도 큐비트를 사용하는 이유는 전기 저항이 0이기 때문에 양자 상태가 오래 유지되기 때문이다.

뿐만 아니라 초전도체는 양자 중첩과 얽힘 상태를 정밀하게 제어하기 때문에 큐비트를 조작하는 회로가 초전도 재료로 제작된다.

수 천 개의 제어 라인을 필요로 하는 양자 컴퓨터의 발열과 전력 손실을 최소화하는 데도 초전도체 케이블이 유용하게 쓰인다.

BCC 리서치에 따르면 2024년 전세계 초전도체 시장 규모는 91억달러로 파악됐다. 시장 규모는 장기간 우상향 곡선을 그릴 전망이다. 2030년까지 연평균 11.8%의 성장을 나타낼 것이라는 의견이다.

의료 부문의 초전도체 수요가 꾸준히 늘어나는 데다 양자 컴퓨팅 기술 개발이 가속화되면서 시장 규모가 가파르게 확대될 것이라는 관측이다.

◆ 아메리칸 슈퍼컨덕터 = 미국 상장 기업 가운데 초전도체 분야의 대표 종목으로 아메리칸 슈퍼컨덕터(AMSC)가 꼽힌다.

아메리칸 슈퍼컨덕터 연초 이후 주가 추이 [자료=블룸버그]

지난 1987년 메사추세츠공과대학(MIT)의 소재 과학 교수 그레고리 J. 유렉이 자신의 집 부엌을 실험실 삼아 설립한 아메리칸 슈퍼컨덕터는 초전도체를 이용해 다양한 전력 시스템을 개발하는 업체로 성장했다.

핵심 사업 부문은 크게 세 가지로 구분된다. 고온 초전도체 전선(high-temperature superconductor wire)와 고온 초전도체를 기반으로 한 모터와 발전기, 윈드 팜(wind farms)과 송전 시스템에 쓰이는 전력 시스템 개발 및 생산이 주요 사업에 해당한다.

업체는 수 십년간 다양한 프로젝트를 추진하며 기술적인 혁신을 이뤄냈다. 지난 2021년 8월 아메리칸 슈퍼컨덕터는 미국 전력 회사 콤에드(ComEd)와 REG(Resilient Electric Grid) 시스템을 성공적으로 통합했다고 발표했다.

REG 시스템은 고온 초전도체 전선을 이용해 전력망의 신뢰성과 복원력, 성능을 향상시키며, 발표 이후 상업적인 운전에 들어갔다. 미국 국토안보부의 일부 자금 지원을 받아 추진된 프로젝트는 전략망 일부를 전자기펄스(EMP)나 그 밖에 위험으로부터 보호한다. 보도에 따르면 업체는 보다 큰 규모의 2단계 프로젝트를 설계 중이다.

앞서 2001년에는 또 다른 미국 전력 회사 디트로이트 에디슨과 초전도 전력 송전 케이블 실험을 진행했다. 당시 실험은 초전도 송전선의 상용 가능성을 검증하기 위한 초기 단계의 프로젝트였다.

이어 2008년 업체는 세계 최초의 상용 초전도 전력 전송 케이블 프로젝트를 뉴욕 롱아일랜드에서 가동했다. 해당 지역 변전소는 아메리칸 슈퍼컨덕터가 제조한 고온 초전도 전선으로 전력을 공급 받고 있다. 전선은 지하에 설치됐고, 액화 질소로 냉각돼 초전도 온도를 유지한다.

업체는 미국 최초의 재생 에너지 시장 허브인 트레스 아미가스 프로젝트(Tres Amigas Project)의 공급 업체로 선정됐다. 프로젝트는 미국 동부와 서부, 텍사스 등 3대 전력망을 연결하는 다각형 형태의 초전도 전력 파이프라인을 구축하는 데 목적을 둔 것으로, 교류(AC)가 아닌 직류(DC) 전류로 다수의 기가와트급 전력을 전송, 균형화 한다.

이 밖에 아메리칸 슈퍼컨덕터는 미국 해군을 위해 35.6메가와트급 고온 초전도체 전기 모터를 시연한 바 있고, 호주 자회사 AMSC 윈드텍을 통해 10메가와트급 풍력 발전기를 개발 중이다. 이는 세계에서 가장 강력한 풍력 터빈 중 하나로 기대를 모은다.

최근 분기 업체는 강력한 실적 향상을 나타냈다. 2025년 2분기 매출액이 7236만달러를 기록해 전년 동기에 비해 약 80%의 성장을 보였고, 조정 주당순이익(EPS)은 0.17달러로 전년 동기 대비 343% 급증했다. 매출총이익률은 34%를 기록해 전년 동기 30%에서 견고하게 상승했다.

재무건전성도 합격점이라는 평가다. 보도에 따르면 업체의 유동 비율(current ratio)은 3.31로 파악됐고, 대차대조표 상 현금 자산이 2억1340만달러로 부채보다 많은 것으로 확인됐다.

경영진은 인수합병(M&A)을 통해 해외 시장에서 존재감을 높인다는 입장을 밝혔다. 지난 5년간 연평균 28%의 매출 성장을 이룬 데 이어 해외 시장에 보다 적극적으로 진출해 외형 성장을 도모한다는 얘기다.

아메리칸 슈퍼컨덕터는 국내 서학 개미들 사이에 크게 인기를 끄는 종목이 아니지만 2025년 초 이후 업체의 주가는 두 배 이상 랠리했다.

나스닥 시장에서 거래되는 업체의 주가는 10월15일(현지시각) 66.68달러에 거래를 종료해 연초 이후 161% 폭등했다. 최근 1년과 5년 주가 상승률은 각각 153%와 280%로 파악됐다. 최근 종가는 52주 최고치에 해당한다.

시장 조사 업체 팁 랭크스에 따르면 아메리칸 슈퍼컨덕터에 투자 의견을 제시한 5개 투자은행(IB)중 매수 의견과 보유 의견이 각각 3건과 2건으로 나타났고, 매도 추천은 없었다. 목표주가 최고치와 최저치는 73달러와 52달러로 확인됐다.

강세론자들은 추가 상승의 근거를 세 가지로 제시한다. 무엇보다 가파른 매출 성장이다. 2022년 이후 두드러진 매출 급증이 상당 기간 추세적으로 이어질 가능성이 높다는 판단이다.

현금흐름도 아메리칸 슈퍼컨덕터의 투자 포인트로 꼽힌다. 야후 파이낸스에 따르면 지난 12개월 사이 업체의 잉여현금흐름(FCF) 이익률은 10.2%에 달했다. 여기에 투자자본이익률(ROIC)이 본격적으로 개선, 신규 투자가 가시적인 성과를 내기 시작했다는 데 월가는 입을 모은다.

반면 경계의 목소리를 내는 투자자들은 12개월 예상 실적을 기준으로 한 업체의 주가수익률(PER)이 90배를 훌쩍 넘어선 만큼 고평가 부담이 작지 않다고 지적한다.

◆ 스미토모 일렉트릭 인더스트리스 = 월가가 초전도체 강자로 꼽는 두 번째 기업은 일본에 자리잡고 있다.

스미토모 일렉트릭의 초전도체 와이어 [사진=업체 제공]

오사카에 본사를 둔 스미토모 일렉트릭 인더스트리스(5802)는 1897년 설립한 뒤 100여년에 걸쳐 전선과 광섬유 케이블 분야의 대표 주자로 자리매김 했다.

창사 초기부터 신제품 연구개발(R&D)에 커다란 무게를 둔 업체는 자동차와 통신, 소비 가전, 환경 및 에너지, 산업용 소재 등 5개 분야를 중심으로 비즈니스의 얼개를 구축했다.

미국 이외에 멕시코와 브라질을 중심으로 한 남미 지역, 중동, 중국부터 한국, 대만, 베트남 등 8개 국가를 포괄하는 아시아 지역, 독일과 영국, 러시아 등 유럽, 나이지리아와 모로코, 튀니지를 포함한 아프리카까지 전세계 곳곳에서 업체는 프로젝트와 비즈니스를 추진 중이다.

본래 전기용 구리선 생산을 주력 사업으로 설립했던 스미토모는 30개 이상의 국가에 400여개 자회사와 28만명 이상의 직원을 둔 공룡 기업으로 성장했다.

초전도체와 관련한 제품으로는 고강도 고온 초전도체에 기반한 전선과 케이블, 전력 기기, MRI 및 입자가속기용 초전도 자석 등을 공급한다.

기술적인 측면에서 업체는 장력 강도를 대폭 향상시킨 초고강도 초전도체 개발로 세간의 시선을 끌었고, 전력 케이블과 송전 설비의 전력 손실을 최소화하는 기술을 보유하고 있다.

업체의 경영진은 2025 회계연도 매출액과 순이익 전망치를 각각 4조5000억엔과 1900억엔으로 제시했다. 미국 트럼프 행정부의 관세 정책으로 인해 매출액과 이익이 전년 대비 완만하게 감소할 것이라는 전망이다.

도쿄 증시에서 거래되는 업체의 주가는 10월16일 장중 4502엔에 거래, 연초 이후 약 60% 상승을 나타냈다. 최근 1년과 5년 사이 주가는 각각 91%와 296% 뛰었다.

시장 전문가들을 순수한 초전도체 기술 기업에 직접 투자하는 전략으로는 아메리칸 슈퍼컨덕터가 거의 유일한 답이라고 말한다. 이와 달리 배당과 함께 보수적인 전략으로 접근한다면 초전도체 이외에 자동차 전장 부품과 광통신 케이블 등 다양한 수익원을 가진 스미토모가 적절하다는 의견이다.

shhwang@newspim.com