국내 연구진이 위성, 선박, 드론처럼 움직이는 환경에서도 안정적인 양자 암호통신을 구현할 수 있는 새로운 기술을 세계 최초로 개발했다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 한국과학기술원(KAIST)과 양자 상태의 측정 보정 없이도 안정적으로 양자키분배(QKD)가 가능한 '측정 보호(MP)' 이론을 세계 최초로 정립하고, 이를 실험적으로 검증하는 데 성공했다고 30일 밝혔다.

양자키분배는 양자역학 원리를 이용해 도청이 원천적으로 불가능한 암호 키를 분배하는 기술이다.

양자통신은 정보를 빛의 양자 상태로 전송하는 고정밀 기술이지만, 무선으로 이동 중인 환경에서는 날씨나 주변 환경 변화의 영향을 크게 받아 통신이 불안정해지는 문제가 있다.

특히 하늘이나 바다, 공중처럼 실시간 변화하는 환경에서는 양자 상태의 안정적인 전달이 매우 어려웠다.

이런 한계를 극복하고 이동 중인 상태에서도 안정적으로 양자 정보를 주고받을 수 있는 기술적 가능성을 처음으로 열었다.

연구진은 단일광자 펄스를 생성하기 위해 100MHz인 광원, 즉 수직 공진형 표면 발광 레이저(VCSEL)를 활용했다. VCSEL은 레이저 빔이 칩의 상단 표면에서 수직으로 방출되는 반도체 레이저의 한 종류다.

연구진은 10ｍ 자유공간 구간에 최대 30㏈ 손실을 적용한 장거리 전송 환경을 구현하고, 다양한 편광 노이즈를 삽입, 무선환경의 장거리 실험을 상정해 열악한 상황에서도 양자의 전송과 측정이 원활하게 됨을 검증했다.

그 결과, 전송한 양자비트 중 오류가 발생한 비율을 뜻하는 양자비트 오류율(QBER)의 시스템 최대 허용치를 기존보다 20.7%까지 끌어올릴 수 있다는 것을 증명했다. 이는 별도의 측정 보정 없이 안정적인 양자키분배가 가능하다는 의미다.

향후 위성과 지상 간의 보안 통신, 드론 및 해상 통신 등 다양한 분야에 양자 기술을 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

ETRI는 QKD 실용화 핵심 과제인 '편광 의존 손실' 문제에 대한 실험적 보정 방법도 제시했다.

ETRI 고해신 연구원과 KAIST 스피로스 케크림패리스 박사가 공동 1저자로 참여한 이번 연구 결과는 미국전기전자공학회(IEEE) 통신 분야 저널인 'Journal on Selected Areas in Communications'에 게재됐다.