ETRI·KAIST, 이동 중에도 끊김 없는 양자통신 신기술 개발

‘측정보정 없는 양자키분배’ 세계 첫 동시검증

한국전자통신연구원(ETRI)은 한국과학기술원(KAIST)과 공동 연구를 통해 위성, 선박, 드론처럼 움직이는 환경에서도 안정적인 양자통신을 구현할 수 있는 새로운 기술을 세계 최초로 개발했다./ETRI

한국전자통신연구원(ETRI)은 한국과학기술원(KAIST)과 공동 연구를 통해 위성, 선박, 드론처럼 움직이는 환경에서도 안정적인 양자통신을 구현할 수 있는 새로운 기술을 세계 최초로 개발했다고 30일 밝혔다.

양자통신은 정보를 빛의 양자 상태로 전송하는 고정밀 기술이지만, 무선으로 이동 중인 환경에서는 날씨나 주변 환경 변화의 영향을 크게 받아 통신이 불안정해지는 문제가 있었다. 특히 하늘이나 바다, 공중처럼 실시간으로 변화하는 환경에서는 양자 상태의 안정적인 전달이 매우 어려웠다.

이에 연구진은 양자 상태의 측정 보정이 없이도 안정적으로 양자키분배(QKD)가 가능한 ‘측정 보호(MP)’ 이론을 세계 최초로 정립하고, 이를 실험적으로 검증하는 데 성공했다. 양자키분배 기술이란, 양자역학 원리를 이용해 도청이 원천적으로 불가능한 암호 키를 분배하는 기술이다.

기존 양자키분배 프로토콜은 채널 상태가 바뀔 때마다 수신 측 측정 장치를 반복해서 보정해야만 했으나, 이번 연구에서는 간단한 국부 연산만으로도 채널 상태에 관계없이 안정적인 키 분배가 가능함을 증명해 냈다.

연구진은 10m 자유공간 구간에 최대 30dB 손실을 적용한 장거리 전송 환경을 구현하고, 열악한 상황에서도 양자의 전송과 측정이 원활하게 되는 것을 확인했다. 그 결과, 이번에 개발한 시스템은 전송된 양자 비트 중 오류가 발생한 비율을 뜻하는 양자 비트 오류율(QBER)의 시스템 최대 허용치를 기존 대비 20.7%까지 높일 수 있었다. 수신된 양자 비트 중 오류가 20.7% 미만이면 별도의 측정 보정 없이 안정적인 양자키분배가 가능하다는 의미다.

연구진은 “이동 중인 상태에서도 안정적으로 양자 정보를 주고받을 수 있는 기술적 가능성을 처음으로 열었다는 점에서 중요한 의미를 갖는다”며 “향후 위성과 지상 간의 보안 통신, 드론 및 해상 통신 등 다양한 분야에 양자기술을 적용할 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.

한편 ETRI는 양자키분배 실용화의 핵심 과제인 ‘편광 의존 손실’ 문제에 대한 실험적 보정 방법도 제시했다. 편광 의존 손실은 빛의 편광 상태가 변화함에 따라 발생하는 신호 손실이다. 연구진은 개발한 방법을 편광 기반 양자키분배 시스템에 적용해 성능 저하 없이 안정적인 키 분배가 가능함을 실험으로 입증했다. 앞으로 소형 및 경량 양자키분배 장비 상용화에 기여할 것으로 기대된다.

관련 연구 결과는 각각 국제 학술지 ‘JSAC(Journal on Selected Areas in Communications)’에 지난 5월, ‘어드밴스드 퀀텀 테크놀로지스(Advanced Quantum Technologies)’ 표지논문으로 3월 게재됐다.

참고 자료

Journal on Selected Areas in Communications(2025), DOI: https://doi.org/10.1109/JSAC.2025.3568037

Advanced Quantum Technologies(2025), DOI: https://doi.org/10.1002/qute.202570006

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