양자암호통신, 위성·선박·드론에서 가능해진다…양자 측정 보정 없이 ‘성공’

ETRI, 움직이는 환경서 안정적 양자통신 구현
양자상태 전송·측정 성공..양자키분배 생성 가능

국내 연구진이 위성이나 드론, 선박 등 이동하는 환경에서 양자상태 측정 보정 없이 무선 양자암호통신 기술을 개발했다. 앞으로 위성과 지상 간 보안 통신, 드론 및 해상 통신 등 다양한 분야에 양자기술을 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 KAIST와 함께 위성, 선박, 드론 등 움직이고 잡음이 많은 환경에서 안정적인 양자암호통신을 구현하는 실험에 성공했다고 30일 밝혔다.

양자통신은 정보를 빛의 양자 상태로 전송하는 기술로, 무선으로 이동 중인 환경에서는 날씨나 주변 환경 변화의 영향을 크게 받아 통신이 불안정하다. 공중이나 해상 등 실시간으로 변화하는 환경에서는 양자 상태의 안정적인 전달이 더욱 어렵다.

연구팀은 레이저 빔이 칩의 상단 표면에서 수직으로 방출되는 반도체 레이저의 한 종류인 '수직 공진형 표면 발광 레이저'를 활용해 장거리 양자통신 환경을 구현하고, 다양한 편광 노이즈(잡음)를 삽입해 양자암호키가 제대로 분배되는지를 실험했다.

양자암호키배분(QKD)은 양자역학 원리를 이용해 이론적으로 도청이 불가능한 양자암호키를 분배하는 기술로, 기존에는 통신 채널 상태가 바뀔 때마다 수신하는 측정 장치를 반복해서 보정해야만 했다.

그 결과, 송수신 지점에서 간단한 연산을 수행하면 채널 상태와 관계없이 양자상태 전송과 측정이 원활하게 된다는 사실을 확인했다.

실제, 측정 보호 기반 QKD 시스템은 전송된 양자 정보 중 오류 발생 비율을 뜻하는 '양자 비트 오류율'(QBER)의 시스템 최대 허용치가 기존 대비 20.7%까지 증가했다. 수신된 양자 정보의 오류가 20.7% 미만이면 별도의 보정 없이 양자키 분배를 구현할 수 있다는 의미다. 다시 말해 측정 보정 없이도 다양한 채널 노이즈 환경에서도 안정적인 양자암호키를 생성해 신뢰성 있는 양자통신을 구현할 수 있음을 보여준 결과라고 연구팀은 설명했다.

윤천주 ETRI 양자기술연구본부장은 "채널 변화에 독립적인 QKD 구현은 양자암호통신의 유연성을 획기적으로 높인다"며 "장거리 기술로 확장해 글로벌 양자 네트워크 기반을 마련하겠다"고 말했다.

배준우 KAIST 교수는 "복잡한 환경에서도 신뢰할 수 있는 양자 보안 통신을 현실로 끌어올리는 결정적 전환점이 될 것"이라고 평가했다. 이 연구결과는 국제전기전자공학회(IEEE) 통신 분야 저널인 '어드밴스드 퀀텀 테크놀로지스'(3월) 표지논문으로 실렸다.

세종=이준기 기자 bongchu@dt.co.kr

ETRI 연구진의 양자암호통신 관련 연구 모습.

ETRI 제공" class="img_LSize" />

ETRI의 양자암호통신 관련 연구성과를 소개한 국제학술지.