비밀공유 전송 기술 개발
다자간 양자암호통신 및
분산형 컴퓨터 등장 기대
국내 연구진이 해킹과 도청 등 정보유출을 원천 차단하는 양자정보기술을 개발하는 데 성공했다. 이를 계기로 다자간 양자암호통신과 분산형 양자컴퓨터 개발 가능성이 한층 높아질 것으로 보인다.
한국표준과학연구원(KRISS)과 고등과학원, 서울대학교 공동연구팀이 여러 사람이 공유하는 양자정보를 유출 가능성 없이 전달할 수 있는 원격전송기술을 완성했다고 밝혔다.
연구팀이 고안하고 실험적으로 증명한 ‘비밀공유 양자원격전송’은 기존보다 월등히 높은 성공률과 보안성을 가져 양자정보기술의 실용화를 크게 앞당길 것으로 전망된다.
양자네트워크로 연결된 구성원들은 유출 불가능한 비밀정보를 공유할 수 있다. 공유된 비밀정보는 전체 참여자가 힘을 합치지 않는 한 개별 참여자는 해독할 수 없는 정보를 말한다.
양자네트워크에서의 비밀정보 공유는 양자원격전송을 통해 이뤄진다. 정보가 공유된 그룹 내에서는 안전하지만, 이를 다른 구성원들에게 전달하는 과정에서 보안성이 보장되지 못했다. 정보의 발신자가 다수인 경우 양자원격전송을 적용할 수 없다는 것도 문제였다.
예를 들어 5명으로 이뤄진 그룹에서 2명이 공유하고 있는 비밀정보를 나머지 3명에게 전달하고자 하면, 전송효율이 급격히 떨어짐은 물론 일부 참여자에 의한 정보유출 우려까지 있었다.
박희수 KRISS 양자기술연구소장과 이상민 책임연구원은 이승우 고등과학원 교수와 정현석 서울대 교수 연구팀이 완성한 다자간 양자원격전송의 이론과 보안성을 실험적으로 증명함으로써 완성했다.
네 개의 광자가 얽힌 양자네트워크로 두 명의 발신자가 공유하는 양자정보를 다른 두 명의 수신자가 가진 광자들로 원격전송한 것이다.
비밀공유 양자원격전송은 광자를 만들고 측정하는 양자광학계의 개발과 광섬유 기반으로 소형·모듈화에 성공한 벨상태분석기를 통해 가능해졌다. 특허로 등록된 새로운 양자기술들은 이번 실험에서 원격전송 성공확률을 월등히 높이는 데 활용됐다.
벨상태분석기는 광자들 사이의 얽힘, 즉 양자역학적 상관관계의 종류를 구분하는 측정장치를 말한다.
이번 기술 개발로 다자간 양자암호통신과 분산형 양자컴퓨터 개발 가능성을 높였다는 분석이다.
기존의 개발된 양자 통신 모델은 모두 신뢰할 수 있는 중앙노드(TCN, trustred central node)가 필요한 중앙집중형 방식이었다. 이번 기술 개발은 비밀정보를 분산해 원격 전송하는 방법을 세계 최초로 제시해, 안전한 다자간 암호통신 가능성을 높였다.
한편 머지않아 개발 가능성이 있는 양자 컴퓨터는 큐비트(Qubit, 비트에 대응하는 양자 연산의 최소 단위)가 50개에서 100개 수준으로 예측된다. 제한적인 자원만을 이용해 효율적인 양자 연산을 하려면 물리적으로 떨어져 있는 소규모 양자 컴퓨터들을 효과적으로 통합하는 분산형 양자 컴퓨팅 기술이 필요하다. 연구진은 분산된 노드에 나누어진 양자 정보를 안전하게 전송하는 방법을 제시해 분산형 양자 컴퓨팅 구현 가능성을 높였다고 평했다.
박희수 KRISS 양자기술연구소장과 이승우 고등과학원 교수는 “비밀정보를 분산해 원격전송하는 방법을 제시해 다자간 양자암호통신과 분산화 양자컴퓨터 개발 가능성을 높였다”라며 “세계 각국의 연구개발 경쟁에서 새로운 방향성을 제시할 것으로 기대된다”라고 강조했다.
