표준연구원·보안기술연구소, 독창적 방식 '양자직접통신' 구현

광자에 정보 실어 도청 차단

[서울경제]

국내 연구팀이 독창적인 방식으로 ‘양자 직접 통신’ 기술을 개발해 구현하는 데 성공했다.

한국표준과학연구원과 국가보안기술연구소가 공동 개발한 이 기술은 빛의 가장 작은 단위인 광자에 정보를 실어 전달함으로써 도청의 가능성을 차단한다. 암호와 메시지를 분리하지 않고 비밀 메시지를 양자 채널을 통해 직접 전달할 수 있다.

공동 연구팀은 표준연~한국과학기술정보연구원~국가보안기술연구소 간 20㎞에 달하는 국가용 양자 암호 시험통신망에서 양자 직접 통신 기술을 구현하는 데 성공했다.

기존의 양자 통신 기술은 광자 수준으로 세기가 약한 레이저 펄스를 이용해 발신자와 수신자 사이에 무작위의 암호를 나눠 갖는 과정으로 이뤄진다.

최근 상용화 단계에 도달한 양자키 분배 기술은 두 사용자가 비밀키를 나눠 갖고 별도의 메시지를 전송해야 하므로 사용자가 늘어날수록 대량의 비밀키를 관리해야 하는 어려움이 있다.

하지만 양자 직접 통신은 비밀 메시지를 직접 보내 사용자 증가에 따른 비밀키 관리 문제가 생기지 않는다. 이를 위해 단일광자를 만드는 광원·검출기·채널 제어, 프로토콜 설계 및 검증을 위한 새로운 기술이 요구된다. 실제 환경에 적용하기 위해서는 낮은 광검출 효율이나 광손실·광신호 왜곡을 보상해줄 수 있는 기술 개발이 필요하다.

이번에 표준연 연구진은 양자 통신 구현을 위한 단일광자 광원과 측정 장비를, 국가보안기술연구소 연구진은 시스템 구축 및 통신망 구현을 맡았다. 양자 직접 통신 발신부는 표준연, 수신부는 국가보안기술연구소에 설치됐다.

실험 결과 수백 ㎐(헤르츠)의 보안 정보가 전송됐으며 통신 보안성의 척도인 양자비트에러율(QBER)은 기존 양자키 분배 방식과 비슷한 수준인 3~6%로 측정됐다. 양 측은 양자 시뮬레이터에 관한 공동 연구도 진행했다. 이를 통해 원자를 이용한 양자 정보처리 기술, 초전도 단일광자 검출기 제작 기술, 실제 통신망에서 인터넷과 연동된 양자 통신기술을 구현했다.

양 측은 연구 기획 단계부터 긴밀하게 협력하며 지식재산권(국내와 6건의 해외 특허)을 확보했다. 박희수 표준연 양자기술연구소장은 “양자 통신 요소 기술뿐만 아니라 양자컴퓨팅 기술 개발을 위한 시금석이 될 것”이라고 기대감을 밝혔다. 이번 성과는 국제학술지 옵틱스 익스프레스와 메트롤로지아 등에 게재됐다.

/고광본 선임기자 kbgo@sedaily.com