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양자통신 핵심 부품, 국내서 세계 최초로 소형화

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2017년 12월 28일 12:00 프린트하기

한국전자통신연구원과 한국과학기술연구원은 무선 양자암호통신에 이용할 양자신호 송수신기 부품의 소형화를 세계 최초로 성공했다. - 한국전자통신연구원 제공

한국전자통신연구원과 한국과학기술연구원은 무선 양자암호통신에 이용할 양자신호 송수신기 부품의 소형화에
세계 최초로 성공했다. - 한국전자통신연구원 제공

 

국내 연구팀이 해킹에 안전한 미래 통신 기술로 주목 받고 있는 ‘양자암호통신’ 구현에 필요한 핵심 부품을 개발하는데 성공했다.


한국전자통신연구원(ETRI)은 한국과학기술연구원(KIST) 연구진과 공동으로 양자통신 장비용 ‘무선 양자키분배기(양자신호 송수신기)’의 소형화에 세계 최초로 성공하고, 이를 기존 장비의 100분의 1 수준인 엄지 손가락 길이의 반도체 칩 안에 집적화하는 데 성공했다고 27일 밝혔다.

 

무선 양자키분배기는 빛을 하나의 입자(양자) 단위로 구분한 뒤 여기에 암호화된 양자정보를 담는 무선 양자신호 송수신기의 핵심 부품이다. 

 

양자암호통신은 빛 등을 입자 단위로 쪼갠 뒤, 여기에 양자정보를 더해 암호키를 만들고, 이를 디지털 신호로 변환해 전송하는 기술이다. 중간에 해킹을 하게 되면 양자역학 특유의 현상으로 본래 정보가 소실되거나 변형돼 금세 발각되기 때문에 도청을 원천적으로 막을 수 있다.

 

무선 양자암호 부품을 실용화 수준까지 개발한 건 이번이 처음이다. 유선 양자암호통신은 국내기업인 SKT가 올해 3월 스페인 바르셀로나에서 열린 ‘모바일월드콩그레스 2017 ’에서 핀란드 노키아와 상호협력해 차세대 광전송 장비를 이용한 양자암호통신을 시도하기로 합의했다. 또 국내에서 분당-용인 등 5개 지역에서 시험 통신망을 운용하는 등 연구가 활발하다. 하지만 무선 양자암호통신은 올해 6월 중국이 거대한 장비를 이용해 위성통신 실험을 한 경우를 제외하고는 세계적으로도 성공 사례가 흔치 않다.


연구팀은 정보를 전달할 매개체로 빛을 택했다. 빛은 우주에서 가장 빠르게 움직이는 수많은 빛 알갱이(광자)로 이뤄져 있다. 빛의 세기를 낮추면 빛 알갱이의 밀도가 줄어들어 알갱이를 하나씩 구분해 정보를 쓰거나 읽을 수 있다. 연구팀은 빛 알갱이가 1초에 1억 개 꼴로 나오도록 밀도를 조절한 뒤, 알갱이 하나하나에 ‘편광’이라고 하는 빛의 양자역학 특성을 더해 암호화했다.

 

편광은 빛 알갱이가 갖는 일종의 회전 방향성으로 네 가지 종류가 있으며, 오직 수신자 측이 올바른 암호 해독키를 지닌 경우에만 암호를 풀 수 있다. 연구팀은 이 과정을 수행하는 편광 정보 네 종류를 한 데 모으거나 분리시키는 장비와, 빛 알갱이를 검출하는 장비 등을 모두 통합해 길이 4㎝ 크기의 반도체 칩 안에 넣는데 성공했다.

 

조석범 SKT 종합기술원 퀀텀테크랩 연구원은 이번 연구성과에 대해 “무선 양자정보통신 장비를 양산 가능하게 하려면 소형과가 관건인데, 이번 칩 개발은 중요한 진전으로 보인다”고 평가했다.

 

개발을 주도한 윤천주 ETRI 광통신부품연구그룹 프로젝트리더는 “현재 실내에서 이 부품을 이용한 양자암호통신 시범시스템이 성공적으로 운용되고 있다”며 “내년 실외 시험을 거쳐 성능을 보강하면 차량간 통신 등 사물인터넷의 보안을 강화하는 데 도움이 될 것”이라고 말했다.

 

한국전자통신연구원과 한국과학기술연구원은 무선 양자암호통신에 이용할 양자신호 송수신기 부품의 소형화를 세계 최초로 성공했다. 완성되 칩은 어른 엄지손가락 길이에 불과하다. - 한국전자통신연구원 제공
한국전자통신연구원과 한국과학기술연구원은 무선 양자암호통신에 이용할 양자신호 송수신기 부품의 소형화를 세계 최초로 성공했다. 완성되 칩은 어른 엄지손가락 길이에 불과하다. - 한국전자통신연구원 제공
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