양자암호통신은 파동성과 입자성을 함께 가진 빛 알갱이인 광자(Photon)를 이용하는 통신 방식이다. 양자암호통신은 도청이나 감청, 해킹이 원천적으로 불가능하다. 정보를 양자 상태로 전송하는데, 해킹 등 복제를 시도하면 양자 상태가 변형되어 정보가 파괴되기 때문이다. 양자암호통신은 광섬유를 이용한 유선 양자암호통신과 무선 양자암호통신 기술로 나뉜다. 최근 양자암호통신 기술을 확보하기 위한 연구에 각국이 경쟁적으로 뛰어들고 있다. 이런 가운데 한국전자통신연구원(ETRI) 연구팀이 무선 양자암호통신용 핵심 집적화 부품을 시스템화 해 햇빛이 강한 낮 환경에서 양자 신호를 실제로 전송하고 복원하는 데 성공했다. 

18일 과학기술계에 따르면, ETRI 연구팀은 최근 자체 개발한 무선 양자암호통신을 위한 핵심 집적화 부품을 시스템화 해 햇빛이 강한 환경에서 양자 신호를 실제로 전송하고 복원하는 데 성공했다. 

ETRI가 이번에 개발한 기술은 광자에 정보를 담아 전송하고 복원해 암호키를 생성하는 '무선 양자키분배 시스템'이다. 

ETRI 연구팀을 이 기술로 100m 이상의 전송 거리에서 밤에는 1%, 낮에는 3% 수준의 우수한 양자비트오류율을 유지하는데 성공했다. 양자비트오류율이란 양자 신호를 잘못 전달하는 비율로, 이 수치가 낮을수록 더 빠른 속도로 암호키를 생성함을 뜻한다. 보통 오류율이 3% 이하이면 아주 뛰어난 성능이며, 11% 이하이면 양자 암호키를 생성할 수 있다.

연구팀은 잡음을 초저감 기술을 개발해 양자 신호보다 훨씬 더 강한 태양 빛이 있는 낮 환경에서 양자 신호를 복원하는 쾌거를 거뒀다. 잡음 초저감 기술은  태양광이나 전기적 잡음 등을 공간적, 시간적, 스펙트럼 등의 영역에서 제거하는 것이다.

ETRI 연구팀이 현재 확보한 기술은 초당 2십만 비트 이상의 암호키 생성이 가능한 200kbps 수준이다. 200kbps 속도는 256비트의 암호용 키를 사용하고 초 단위로 암호용 키 변경시 초당 780번 이상의 암호용 키 변경이 가능한 수준이다. 연구팀은 이에 대해 "수십 Gbps급 데이터 전송에 충분히 활용이 가능한 수준"이라고 설명했다.

ETRI는 지난해 말 자체 개발한 수 cm 수준의 집적형 양자암호통신용 핵심 부품을 시스템에 적용해 상용화에 한걸음 더 다가섰다. 무선 양자암호통신 핵심 부품의 소형화는 드론 기반 시스템, 소형 단말 시스템 등 향후 다양한 분야에 응용되기 위한 필수적인 핵심 기술이다.

다만 무선 양자암호통신 시스템이 단거리 뿐 아니라 장거리 통신 등에서 상용화되기 위해서는 장거리 양자 신호 전송 연구, 이동체 양자 통신 기술 연구 및 암호화기와 복호화기를 포함한 현대 암호통신과의 융합 기술 개발 등이 추가로 필요하다.

이번 연구는 ETRI 내부사업 지원으로 지난 3년 동안 진행됐다. 

한편, 중국과학원은 지난해 9월 말 베이징과 상하이를 연결하는 양자통신 간선망을 개통해 양자통신 시대를 본격적으로 열었다. 또 이에 앞서 2016년 8월에는 세계 최초의 양자통신 실험위성인 ‘묵자(墨子)’호를 발사하고, 지난해 6월에는 지상과의 양자통신에도 성공했다. 

김병훈 기자 hyundam@successnews.co.kr

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