차세대 보안 '양자암호' 상용화 핵심기술 개발..세계서 두 번째로 검증

KIST, 한상욱 양자정보연구단장 연구팀

한국과학기술연구원(KIST) 양자정보연구단 한상욱 단장. KIST 제공

국내 연구진이 차세대 암호 기술로 주목받는 양자암호를 상용화하는 데 필수적인 양자키 분배(QKD) 기술의 한계를 극복하는 시스템 검증에 성공했다. 캐나다 토론토대 연구진에 이어 세계에서 두 번째로 실험 검증에 성공했다. 

한국과학기술연구원(KIST)은 한상욱 양자정보연구단 단장 연구팀이 QKD 시스템의 통신거리를 획기적으로 늘리는 장거리 프로토콜로 주목받은 ‘TF(Twin-field) QKD’ 시스템 작동에 필요한 난이도를 낮추고 네트워크 확장이 동시에 가능한 시스템 구조 실험 검증에 성공했다고 22일 밝혔다. 

QKD 기술은 양자역학 원리를 이용해 송신자와 수신자 사이 일회용 난수표를 안전하게 분배하고 이를 암호키로 사용하는 기술로 양자암호 상용화에 필요한 핵심 기술로 꼽힌다. 하지만 QKD는 현재 약 100km 내에서만 작동이 제한되는 단점이 있다. 또 상용화를 위해서는 현재 일대일 통신에서 일대다 또는 다대다 네트워크 통신 확장이 필요하다. 

TF QKD 기술은 기존 QKD 시스템의 통신거리를 획기적으로 늘리는 장거리 프로토콜로 주목받았찌만 TF QKD 프로토콜 검증은 시스템 개발 난이도가 매우 높고 네트워크 통신 확장에 관한 연구는 미진한 상황이다. 

한상욱 단장 연구팀은 단일 광원을 사용하는 ‘플러그앤플레이(PnP)’ 구조를 적용해 TF QKD 시스템 작동에 필요한 난이도를 낮추는 동시에 다대다 네트워크로 확장이 동시에 가능한 시스템 구조를 제안하고 실험 검증에 성공했다. 

기존 TF QKD 시스템에서는 송신자와 수신자가 각각 양자신호로 2개의 광원을 사용해 서로 다른 두 광원의 특성을 동일하게 만들기 위한 제어 시스템이 필요하다. 연구팀이 개발한 PnP TF QKD 구조는 하나의 광원으로만 작동해 제3의 측정 장치가 동일한 광원을 양쪽 송수신자에게 전달하고 그 광원을 활용해 정보를 공유하는 시스템이다. 동일한 양자 신호가 통신 채널을 왕복하기 때문에 채널에서 발생하는 잡음이 자동으로 보정되는 특성을 갖고 있다. 

연구팀은 또 편광, 시간, 파장 분할 기술을 적용해 다대다 네트워크로 확장 가능한 새로운 네트워크 구조를 제안하고 시험으로 검증했다. 세계에서 두 번째로 TF QKD 네트워크 시험 검증에 성공한 것이다. 

한상욱 단장은 “QKD 상용화의 걸림돌이었던 장거리, 네트워크 확장 두 가지 과제를 동시에 해결한 연구성과”라면서 “장거리 양자암호 네트워크 분야를 리딩할 수 있는 기반 기술을 확보했다는 것에 의의가 있다”고 밝혔다. 연구결과는 학술지 ‘npj 양자정보(Quantum Informaion)’ 최신호에 게재됐다.

[김민수 기자 reborn@donga.com]