ETRI-KAIST, 잡음 보정 없는 양자암호통신 검증…위성·드론·선박 적용

작성일 07-30

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 한국전자통신연구원(ETRI) 연구진이 양자암호통신 기술을 연구하고 있다. ETRI 제공
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 국내 연구팀이 양자 암호통신 기술인 '양자 암호키 분배(QKD)'를 양자상태 측정 보정 없이도 구현하는 '측정 보호(MP)' 이론을 최초로 정립하고 실험 검증까지 성공했다. 위성이나 드론, 해상 통신 분야에 실용적인 양자암호통신 기술 도입을 가속할 것으로 기대된다.
 한국전자통신연구원(ETRI)은 배준우 KAIST 전기및전자공학부 교수팀과 공동 연구를 통해 위성, 선박, 드론처럼 움직이고 노이즈(잡음)가 많은 환경에서도 안정적인 양자 암호통신을 구현하는 측정 보호 기술을 처음으로 구현했다고 30일 밝혔다.
 양자통신은 물리적 상태가 하나로 정해지지 않은 양자상태를 활용해 정보를 전송하는 기술이다. QKD는 양자상태의 암호키를 분배해 이론적으로 도청이 불가능한 '완벽 보안'을 구현할 수 있다. 양자상태는 이론적으로 복제가 불가능하고 중간에 도청을 시도하면 사용자가 즉시 알아챌 수 있기 때문이다.
 기존 QKD는 통신 채널 상태가 바뀔 때마다 수신하는 쪽의 측정 장치를 매번 보정해야 한다. 채널 상태는 양자 신호의 전송 특성을 나타내는 물리적·통신적 조건을 의미한다. 연구팀은 간단한 연산 과정을 추가해 채널 상태와 관계없이 안정적인 암호키 분배가 가능하다는 사실을 증명했다. 이론은 배 교수팀이 정립하고 실험은 ETRI 연구진이 수행했다.
 연구팀은 반도체 기반 레이저인 '수직 공진형 표면 발광 레이저(VCSEL)'를 활용해 장거리 양자통신 환경을 구현하고 다양한 노이즈를 삽입하며 암호키가 제대로 분배되는지 실험했다. 송수신 지점에서 간단한 연산을 수행하면 채널 상태와 관계없이 양자상태 전송과 측정이 원활하게 된다는 사실을 확인했다.
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 한국전자통신연구원(ETRI) 연구진이 양자암호통신 기술을 연구하고 있다. ETRI 제공
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 측정 보호 기반 QKD 시스템은 전송된 양자 정보 중 오류가 발생한 비율인 '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.
 연구결과는 다양한 채널 노이즈 환경에서도 안정적인 키 생성을 달성해 신뢰도 높은 양자통신을 구현할 기반을 마련한 것으로 평가된다.
 윤천주 ETRI 양자기술연구본부장은 "채널 변화에 독립적인 QKD 구현은 양자암호통신의 유연성을 획기적으로 높인다"고 설명했다.
 배 교수는 "복잡한 환경에서도 신뢰할 수 있는 양자 보안 통신을 현실로 끌어올리는 결정적 전환점이 될 것"이라고 밝혔다.
 ETRI 연구팀은 기존의 고가·대형 벌크 광학 기반 시스템을 대체할 집적형 QKD 구현도 적극 추진하고 있다. 간단한 광학 부품으로 편광 기반 QKD 시스템을 집적화하고 성능 저하 없이 안정적인 키 분배가 가능하다는 사실을 실험으로 입증하고 연구결과를 3월 국제학술지 '어드밴스드 퀀텀 테크놀로지스'에 공개하기도 했다.
 임경천 ETRI 양자통신연구실 기술총괄은 "QKD 시장 확산을 위해 집적화 칩 연구는 필수불가결"이라며 "집적화 칩 기반의 QKD 시스템 구현에 있어 극복해야 할 문제가 많아 관련 연구가 더 필요하다"고 밝혔다.
 [이병구 기자 2bottle9@donga.com]
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