"양자암호 상용화 핵심기술 'TF QKD' 검증 세계 2번째 성공"

2:N TF QKD 네트워크 구조 [KIST 제공. 재판매 및 DB 금지]

(서울=연합뉴스) 문다영 기자 = 양자암호 상용화를 위해 필요한 핵심 기술인 'TF QKD'의 실험 검증에 한국 연구진이 세계에서 두번째로 성공했다.

한국과학기술연구원(KIST)은 22일 한상욱 양자정보연구단장이 이끄는 연구팀이 작년 겨울 'TF(Twin-field) 양자키 분배(QKD, Quantum Key Distribution)' 검증에 성공했다고 밝혔다. 연구 결과는 이달 초 양자정보학 분야의 온라인 오픈액세스 저널인 'npj Quantum Information'에 게재됐다.

양자키 분배(QKD) 기술은 양자암호통신기술의 일부로, 제3자가 해킹할 수 없는 암호키를 만들어 송신자와 수신자에게 나눠주는 것이다. 제3자가 통신망에 침투해 암호키를 가로채려고 시도하면 양자 정보가 변형돼 해킹 시도를 즉시 파악할 수 있다.

다만 현재까지 상용화된 양자 암호기술은 통상적으로 100㎞ 내에서만 작동되는 데다가, 주로 1 대 1 통신에 국한된다는 한계를 갖고 있었다.

2018년에 이론이 발표된 TF QKD 기술은 이론적으로 통신거리를 500㎞ 이상 수준으로 늘릴 수 있는 장거리 프로토콜로 많은 주목을 받았다. TF QKD는 수신자와 송신자가 양쪽에서 동시에 정보를 보낼 수 있고, 제 3자의 측정장치를 중간에 추가해 통신거리를 늘리는 효과를 낸다.

실험 모식도 [KIST 제공. 재판매 및 DB 금지]

KIST 연구팀은 이번 연구에서 단일 광원을 사용하는 플러그앤플레이(PnP) TF QKD 시스템을 제안했다. 제3자의 측정 장치가 동일한 광원을 양쪽 송수신자에게 전달하고 그 광원을 활용하여 정보를 공유하는 방식이다.

아울러 연구팀은 편광별, 시간별로 채널을 분할하여 신호를 보내는 '편광, 시간, 파장 분할 기술'을 활용해 2:N 네트워크망까지 확장 가능한 새로운 TF QKD 네트워크 구조를 제안하고, 실험적으로도 검증했다.

이는 캐나다 토론토 대학 연구팀에 이어 세계에서 두 번째로 실험 검증에 성공한 사례다. 토론토 대학 연구팀의 연구 결과는 올해 초 저널에 게재됐다.

KIST 연구팀은 '별(star) 네트워크 구조'를 고안했는데, 이는 토론토 대학에서 연구한 링(ring) 네트워크 구조보다 실용적인 시스템이라고 설명했다.

링 구조는 양자 신호가 링에 연결된 모든 곳을 지나야 하지만, 별 구조에서는 중심부에 위치한 제3자를 통해 송수신자가 통신할 수 있기 때문이다.

한상욱 단장은 "QKD의 상용화를 가로막던 장거리, 네트워크 확장 두 가지 과제를 동시에 해결한 연구성과"라며 "장거리 양자암호 네트워크 분야를 리딩할 수 있는 기반 기술을 확보했다는 것에 의의가 있다"고 밝혔다.

이번 연구는 과학기술정보통신부의 지원을 받았고, KIST 주요사업과 한국연구재단 양자컴퓨팅기술개발사업, IITP 정보통신방송기술개발사업으로 수행됐다.

zero@yna.co.kr

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