[정보통신신문=박남수기자]
한국정보통신산업연구원은 정보통신공사업 분야의 싱크 탱크(Think-Tank)로서 다양한 연구를 수행하고 있다. 연구원의 주요 연구내용을 소개한다.
Ⅰ.양자정보통신 개념
양자정보통신이란 양자역학적 특성을 정보통신 분야에 적용해 보안, 초고속 연산 등 기존 정보통신의 한계를 극복할 수 있는 차세대 정보통신 기술이다.
양자통신은 파장이나 진폭 등으로 통신하는 일반적인 통신과는 달리 빛의 최소 단위인 광자(photon)에 정보를 실어 보낸다.
광자(빛)의 편광이나 위상차에 양자 불확정성과 양자 비가역성을 이용하여 통신에 사용할 경우 완벽한 보안이 가능하다.
또한 특별한 조건에서 양자 얽힘을 이용해 초고속 통신이 가능하다.
양자센싱은 측정 대상에 대한 미세한 양자 위상 변화(Quantum Phase Accumulation)를 정밀하게 측정한다.
양자비트(Qubit)는 0,1의 양자 상태로 이루어진 투 레벨 시스템(two-level system)이지만 0과 1을 양자의 중첩성을 이용해 중첩 시킨 다음 0 상태와 1 상태의 상대적인 위상 변화를 측정해 고해상도 이미지를 획득한다.
현대 컴퓨터는 0,1의 값을 갖는 비트를 기본으로 데이터를 처리하지만, 양자컴퓨터는 0과 1의 중첩 상태를 가지는 양자비트(Qubit)를 이용한다.
비트와 다르게 수가 늘어나면 연산 가능한 공간이 지수적으로 증가하는 양자비트의 성질과 양자비트 간의 상호 작용인 양자 얽힘을 사용하면 양자 병렬 처리가 가능하게 되고 이를 통해 연산 속도의 엄청난 향상이 가능하다.
Ⅱ. 양자정보통신 기술수준
미국과 유럽이 기초원천, 응용, 사업화 등 최고 기술을 보유하고 있다.
우리나라의 기술수준은 최고 기술보유국인 미국 대비 73.0%로, 약 4년의 기술격차를 가지는 것으로 평가된다.
이동통신, 소프트웨어 등 10대 기술분야 평균(1.3년, 83.5%) 보다 2배 이상 뒤쳐져 있다.
10대 기술분야 중 가장 기술격차가 큰 분야인 기반SW 〮 컴퓨팅(1.8년, 77.3%)에 비해서 약 2.2년 뒤진 것으로 나타났다.
한국은 2014년 양자정보통신 중장기 추진전략을 수립했다.
한국지능정보사회진흥원(NIA)에서 지난해에 123억원 내외, 올해에는 118억 내외의 양자암호통신 시범인프라 구축·운영 사업을 공모했다.
미국은 ‘양자컴퓨팅 연구법’ 법률(안)을 추진 중으로 상용 수준의 양자정보통신 기술을 개발하기 위해 5년간 8000억원 이상의 예산을 집중 투자할 예정이다.
중국은 2018년부터 1000억위안(약 17조5000억원)을 투자해 양자컴퓨터를 개발하고 세계 최대 양자정보과학국가연구소를 설립했다.
유럽은 제2차 양자혁명에 대비하기위해 EU 회원국 간 선언적 합의문을 체결하고 R&D 투자를 강화해 2035년 이후까지 확보해야 할 양자정보통신 기술의 로드맵을 제시했다.
Ⅲ. 시장 동향 및 규모
AT&T, NTT, 도이치텔레콤, IBM, 인텔, 구글, MS 등 글로벌 대기업들의 연구개발(R&D) 투자가 크게 증가하면서 향후 시장에서의 주도권을 확보하려는 경쟁이 치열하다.
기술 진입장벽이 높고 경제 〮 사회적 부가가치가 매우 클 것으로 예상됨에 따라 세계 각국 여러 기관의 핵심기술 확보 및 조기 시장 진출을 위한 경쟁을 하고 있다.
가트너 등 글로벌 시장조사 전문기관들의 전망치는 다소 다르나 멀지 않은 미래에 본격적인 시장이 형성될 것과 20% 이상의 폭발적인 성장이 기대된다는 점은 공통적이다.
유·무선 양자암호통신 시장을 시작으로 센서 (IoT 기기)와 컴퓨터 시장이 형성되면서 양자컴퓨터 시장이 가장 큰 규모를 이룰 것으로 전망된다.
양자암호통신 시장은 2026년까지 100.2%의 연평균증가율을 보이며 매우 빠르게 성장할 것으로 예상된다.
세계시장은 2025년까지 연평균 약 41.2%로 성장해 약 319억달러 규모가 될 것으로 보인다.
국내시장은 아직 기술개발 단계로 시장은 미미한 수준이며 각 분별 기술이 성숙되는 시기에 시장이 형성될 것으로 전망된다.
Ⅳ. 양자정보통신이 가져올 변화상
현재는 암호화에 필수적인 비밀키 교환에 집중하고 있다. 향후 양자센서·컴퓨터등 양자 기기간 정보전송으로 확대될 것으로 전망된다.
초기에는 보안에 민감한 데이터가 요구되는 금융, 국방, 행정망 등에 사용되고, 궁극적으로는 장거리 광섬유 및 위성 링크를 기반으로 하는 안전한 글로벌 통신 네트워크로 활용될 것으로 보인다.
양자센서는 고정밀데이터를 제공함으로써 의료, 국방, 자율주행, 측량 등 다양한 분야의 비약적인발전에 기여할 것으로 예상된다.
양자얽힘 상태 또는 양자얽힘 상태가 있는 고효율 양자 광원을 측정하는 기술이 소자 형태로 제작돼 양자통신 및 양자정보 기술을 실용화 단계로 이끌 것으로 전망된다.
디지털 컴퓨터의 한계분야 돌파기능 기술로서, 양자컴퓨터를 미래 핵심기술로 지목하기도 한다.
물질의 근본원리 규명, 화학분자구조 계산, 신양 및 에너지 분야의 새로운 물질설계 등 디지털 컴퓨터로 불가능한 과학과 기술을 구현한다.
Ⅴ.정보통신공사업 전망
4차 산업혁명에서 대두되는 대부분의 첨단 기술과 관련된 정보통신공사업 인프라의 고도화 특히, 양자암호통신 인프라 구축은 정보통신공사와 직접적인 관련이 있으며, 주목해야 할 분야다.
양자정보통신 시장의 시작을 알리는 양자암호통신 시장이 급속히 성장하면서, 대규모 통신망 구축 및 양자암호통신 인프라 구축 등 정보통신공사업계에도 파급효과가 상당할 것으로 예상된다.
중국은 지난 1월 베이징부터 상하이까지 2000km나 되는 유선망을 양자암호통신을 통해 구축했다.
700개의 노드를 이용해 중국 베이징, 지난, 허페이, 상하이 등 거점 도시 4개를 해킹의 위협없이 통신하는데 성공했다.
무선 양자암호통신은 중국이 2017년 베이징에서 7600km 떨어진 오스트리아 빈까지 대륙 간 통신에 성공했다.
유·무선 양자암호통신을 시작으로 앞으로 확대될 양자정보통신 시장에서 스마트시티 인프라 고도화, 자율주행 인프라 고도화 등 다양한 분야의 정보통신공사업 수요가 발생할 것으로 예측된다.
