표준연, '양자직접통신' 구현 성공...양자 보안 네트워크 기반 마련

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한국표준과학연구원(원장 박현민)이 국가보안기술연구소(NSR)와 함께 '양자직접통신' 기술을 개발하고 구현하는 데 성공했다고 3일 밝혔다.

개발된 양자직접통신 기술은 세계 최초로 제안한 독창적인 방식이다. 관련 논문 및 지적 재산권을 확보한 상태다.

양자통신은 빛의 가장 작은 단위인 '광자'에 정보를 실어 전달해 도청 가능성을 차단하는 기술이다. 특히 양자직접통신은 암호와 메시지를 분리하지 않고 비밀 메시지를 양자채널을 통해 직접 전달할 수 있다.

기존 양자통신 기술은 광자 수준 레이저 펄스를 이용해 발신자와 수신자 사이에 무작위 암호를 나눠 갖는 과정으로 이뤄진다. 최근 상용화 단계에 도달한 양자키분배 기술을 예로 들면 두 사용자가 비밀키를 나눠 갖고 별도 메시지를 전송해야 한다. 이 경우 사용자가 늘어날수록 비밀키를 대량 관리해야 하는 어려움이 있다.

양자직접통신은 비밀 메시지를 직접 보내기 때문에 비밀키 관리 문제가 생기지 않는다. 다만 단일광자를 만드는 광원·검출기·채널 제어·프로토콜을 설계해야 하고 검증을 위한 새로운 기술이 요구된다. 낮은 광검출 효율이나 광손실·광신호 왜곡을 보상해줄 수 있는 기술 개발이 절실하다.

양자직접통신 구성도
<양자직접통신 구성도>

공동 연구진은 관련 기술을 개발, 약 20㎞ 국가용 양자암호 시험통신망(KRISS-KISTI-NSR)에서 양자직접통신 기술을 구현했다.

표준연은 양자통신 구현을 위한 단일광자 광원과 측정 장비를, 국보연은 시스템 구축 및 통신망 구현을 맡았다. 통신 발신부는 표준연에, 수신부는 국보연에 설치됐다.

실험 결과 수백 헤르츠(㎐) 보안 정보가 전송됐으며 통신 보안성 척도인 양자비트에러율(QBER)은 기존 양자키분배 방식과 비슷한 수준인 3~6%로 측정됐다.

양 기관은 양자 시뮬레이터에 관한 공동연구도 진행했다. 원자를 이용한 양자정보처리 기술, 초전도 단일광자 검출기 제작 기술, 실제 통신망에서 인터넷과 연동된 양자통신 구현 기술 등을 확보했다.

박희수 표준연 양자기술연구소장은 “우리 기술로는 최초로 첨단 양자통신 기술을 구현해낸 것은 기관 간 원활한 융합연구가 이뤄졌기에 가능했던 일”이라며 “이번 성과는 양자통신 요소기술뿐만 아니라 양자컴퓨팅 기술 개발을 위한 시금석이 될 것”이라고 말했다.

이번 연구를 위해 개발된 요소기술은 국제학술지 옵틱스 익스프레스와 메트롤로지아 등에 게재됐다. 국내 및 국외 특허 6건이 등록됐다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com