상용망에서 254㎞ 양자 통신 성공 양자 인터넷 시대가 다가온다

독일에서 실용적인 광섬유 통신망을 통해 양자 정보를 254㎞까지 전송하는 데 성공하면서 실제 환경에서 양자 통신을 구현한 중요한 사례가 되었다

이는 해킹이 불가능한 양자 인터넷 실현에 한 걸음 더 다가섰다는 평가를 받고 있다

이 연구는 도시바 유럽이 주도한 국제 연구진이 진행했으며 그 결과는 국제 학술지 네이처에 게재되었다

양자 통신은 양자역학의 원리를 활용하여 빛의 입자 하나하나에 정보를 담아 전송하는 기술이다

특히 양자 키 분배 QKD는 정보를 암호화하고 해독하는 데 필요한 비밀 키를 안전하게 교환할 수 있는 방법으로 주목받고 있다

양자역학의 특성상 누군가 도청을 시도하는 순간 빛 입자의 상태가 변화하여 보안성을 크게 높인다

그러나 기존의 광섬유 기반 양자 키 분배는 거리의 제약으로 100㎞ 이상을 넘기 어려웠다

연구진은 이 문제를 해결하기 위해 트윈 필드 양자 키 분배 TF-QKD 방식을 채택했다

송신자와 수신자가 직접 신호를 주고받지 않고 중계기를 통해 정보를 결합하는 구조로 신호 손실을 줄이고 긴 거리에서도 정확한 통신이 가능하게 했다

연구진은 독일의 프랑크푸르트 켈 키르히펠트 세 도시를 연결하는 254㎞의 상용 광섬유 네트워크에 양자 통신 시스템을 구축했다

이를 해결하기 위해 중앙 중계기에서 송신자들에게 기준 빛을 전송해 정확한 동기화를 이루었다

이렇게 조율된 신호는 다시 중계기로 전달되어 암호 키 생성이 이루어졌다

또한 연구진은 양자 통신 시스템의 비용을 절감했다

기존의 초전도 센서는 매우 낮은 온도에서만 작동해 비용이 높았으나 연구진은 -30℃에서도 작동하는 반도체 센서로 이를 대체했다

이러한 장치는 상용화에 적합한 수준이다

이 시스템은 하루 7시간 이상 연속으로 낮은 오류율로 통신이 유지되었으며 초당 110비트의 속도로 비밀 키가 생성되었다

비록 통신 속도가 지금까지의 연구와 비교해 높지는 않지만 254㎞라는 먼 거리와 어려운 환경에서 이룬 성과라는 점에서 큰 의미가 있다

김용수 KIST 양자기술연구단장은 중국이 위성 기반으로 2000㎞ 이상의 양자 키 분배를 구현했지만 대부분 극저온 장치를 사용했다고 언급하며

이번 연구는 상용 통신망에서도 작동할 수 있는 현실적 접근을 달성했다는 점에서 의의를 설명했다

양자 통신은 기존 인터넷의 한계를 뛰어넘어 양자 인터넷을 구축하기 위한 핵심 요소다

이는 초고속 초안전 통신망으로 발전할 수 있으며 국방 금융 의료 등 보안이 중요한 분야에 크게 기여할 것으로 기대된다

연구진은 이번 실험의 네트워크 구조가 여러 송신자를 연결하는 별 모양 형태로 송신자를 추가하면 쉽게 확장할 수 있어 국가 단위 양자 통신망 구축에 적합하다고 밝혔다

이는 유럽 및 세계 전역에 양자 인터넷을 구축하는 데 유리하다는 전망이다