“우주까지 연결” 한국-스위스, 장거리 대기권 양자통신 실증 ‘맞손’

- GIST 고등광기술연구원, 스위스 대학과 차세대 양자통신 실험

GIST 고등광기술연구원(APRI)이 스위스 베른대학교, 제네바대학교, 노스웨스턴 응용과학대학교(FHNW)와 함께 ‘2025 한국–스위스 양자과학기술 공동연구 프로그램’ 신규 과제 ‘QFREE’에 최종 선정되어 스위스 베른에서 현지 킥오프 미팅을 개최하고 기념촬영을 하고 있다.[GIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 광주과학기술원(GIST) 고등광기술연구원(APRI)은 ‘2025 한국–스위스 양자과학기술 공동연구 프로그램’ 신규 과제에 최종 선정된 ‘QFREE’의 프로젝트 착수 회의를 스위스 베른에서 열었다고 밝혔다.

GIST APRI 신우진 수석연구원과 스위스 베른대학교 안드레 스테파노프 교수가 공동 총괄을 맡은 이 과제에는 제네바대학교와 스위스 노스웨스턴 응용과학대학교가 협력기관으로 참여한다.

‘QFREE’는 한국과 스위스가 공동으로 수행하는 양자통신 실증 연구로, 고고도 풍선(성층권 플랫폼)과 드론 등을 활용해 대기 중(자유공간)에서 양자 얽힘(Entanglement) 상태의 빛(얽힘 광자)를 주고받음으로써 지상에서 멀리 떨어진 곳까지 양자 정보를 안정적으로 전달할 수 있는지를 실험적으로 검증하는 과제다. 나아가 지구의 중력장이나 시공간의 휘어짐(곡률)이 이러한 양자 얽힘 상태에 어떤 영향을 주는지도 함께 탐구해, 우주 환경에서도 신뢰할 수 있는 양자통신의 원리를 규명하는 것을 목표로 한다.

지상에서 성층권을 거쳐 우주로 이어지는 자유공간 양자 네트워크를 구축하는 연구로, 향후 양자중계기와 양자위성 기술의 기반을 마련하고 미래 글로벌 양자인터넷 실현을 향한 발판을 다지는 도전적인 프로젝트다.

이번 연구는 양자 성질을 가진 빛에 에너지와 시간 정보를 담아(에너지-시간(energy-time) 부호화 얽힘 광자) 드론과 성층권 풍선(HAPS)을 이용해 장거리로 보내고, 같은 플랫폼에서 양자광(양자 성질을 가진 빛)과 고전광(일반 빛)의 간섭 특성을 비교하는 세계 최초의 시도라는 점에서 의미가 크다.

연구팀은 스위스 고고도 연구 인프라를 활용해 짐머발트-융프라우요흐 구간(거리 약 57km, 고도차 약 2.5km)에 고정 링크를 구축하고 장기 계측을 수행한다. 이를 위해 이동형 SNSPD(초전도 나노와이어 단일광자 검출기), 이동형 추적 지상국, 비행체 탑재 간섭계 페이로드 등 첨단 실험 장비를 단계적으로 투입할 예정이다.

한국 측 연구비는 총 12억 원(연 3억 원), 스위스 측은 약 79만 9899 스위스 프랑(한화 약 14억 4700만 원) 규모이며, 연구 기간은 총 4년이다.

연구팀은 이번 과제를 통해 지상-고지대-성층권으로 이어지는 하이브리드 양자 네트워크 백본을 검증하며, 양자 네트워크의 확장성을 확인할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

또한 에너지-시간 부호화 기술을 활용해 통신 채널의 용량과 안정성을 높이고, 장거리·고고도 링크에서도 재현 가능한 성능을 확보하는 것이 목표다.

신우진 GIST APRI 수석연구원은 “QFREE는 드론과 성층권 플랫폼에서 얽힘 광자를 실제로 분배하고, 동일 조건에서 고전광 대비 양자광 간섭의 차이를 직접 비교·측정한다는 점에서 세계적으로도 독창적인 시도”라며 “스위스 고고도 인프라와 APRI의 광학·추적 기술을 결합해 향후 양자 인터넷 구축의 핵심 토대를 마련하겠다”고 말했다.

안드레 스테파노프 베른대학교 교수는 “이번 실험 플랫폼에는 이동형 지상국과 고감도 단일광자 검출기(SNSPD) 체계가 포함돼 있어, 자유공간 양자통신의 데이터 전송률과 신뢰성을 동시에 높일 수 있을 것”이라며, “이번 협력은 스위스-한국 간 양자·우주 기술의 연계를 한층 강화하는 계기가 될 것”이라고 밝혔다.