해킹·도청 원천 차단, 양자기술로 실현
해킹·도청 원천 차단, 양자기술로 실현
  • 함예솔
  • 승인 2020.03.23 23:55
  • 조회수 380
  • 댓글 0
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요약

 

해킹이나 도청과 같은 정보유출을 원천적으로 차단하는 양자정보기술이 개발됐습니다. 여러 사람이 공유하는 양자정보를 유출 가능성 없이 전달할 수 있는 원격전송기술입니다. 이번 연구로 다자간 양자암호통신과 분산화 양자컴퓨터 개발 가능성이 높아질 것으로 예상됩니다.

인터넷은 디지털 정보를 순식간에 주고받을 수 있지만 해킹 같은 정보 유출에 늘 노출돼있습니다. 과학자들은 양자기술을 통해 정보유출로부터 자유롭고 거리와 관계없이 정보를 전송할 수 있는 통신망을 연구하고 있습니다. 인터넷망을 대체하는 꿈의 기술, 양자네트워크를 실현하려는 겁니다.

 

이런 가운데 국내 연구진이 해킹이나 도청과 같은 정보 유출을 원천적으로 차단하는 양자정보기술을 개발하는 데 성공했습니다. 해당 연구는 <physical review letters>에 게재됐습니다. 

양자컴퓨터 개발 가능성 높아지나. 출처: AdobeStock
양자컴퓨터 개발 가능성 높아지나. 출처: AdobeStock

 

  • 양자얽힘 : 두 개 이상의 입자들 사이에 존재하는 비고전적인 상관관계로 각 입자를 독립적으로 완전히 기술될 수 없는 양자역학의 고유 성질입니다.
  • 광자 : 빛의 세기를 나타내는 가장 작은 단위의 기본 입자입니다.
  • 양자암호통신 : 양자 물리학의 기본 원리를 이용하여 원리적으로 도청 불가능한 통신 기술입니다.
  • 양자컴퓨터 : 중첩과 얽힘 등 양자 물리학의 기본 원리를 이용해 고전 컴퓨터가 쉽게 풀 수 없는 계산을 수행하는 연산 장치입니다.

양자정보 유출 없이 전달 가능한 원격전송기술 개발

 

한국표준과학연구원(KRISS)과 고등과학원, 서울대학교 공동 연구팀은 여러 사람이 공유하는 양자정보를 유출 가능성 없이 전달할 수 있는 원격전송기술을 완성했습니다. 참고로 양자정보(quantum information)란 원자, 광자와 같은 기본 양자입자에 저장된 정보입니다. 0과 1의 중첩이 가능해 정보의 보안성이 높고 경우에 따라 대용량 정보 처리가 가능합니다. 원격전송(teleportation)이란 양자계에 저장된 정보를 손상 없이 다른 양자계로 옮기는 작업을 말합니다. 

비밀공유 양자원격전송 실험구성 전경. 출처: KRISS
비밀공유 양자원격전송 실험구성 전경. 출처: KRISS

양자네트워크로 연결된 구성원들은 유출 불가능한 비밀정보를 공유할 수 있습니다. 공유된 비밀정보란 전체 참여자가 힘을 합치지 않으면 개별 참여자는 해독할 수 없는 정보를 의미합니다. 양자네트워크에서의 비밀정보 공유는 양자원격전송을 통해 이뤄집니다. 양자원격전송(quantum teleportation)이란 물질이 직접 이동하지 않으면서 물질의 상태만을 원거리로 전달하는 기술로, 양자통신과 양자컴퓨팅의 핵심기술 중 하나인데요.

밀공유 양자원격전송 개념도(고등과학원 이승우 교수 제공). 예를 들어 8명으로 이루어진 그룹에서 3명이 공유하고 있는 비밀정보를 나머지 5명에게 전달하고자 한다. 기존과 달리 정보유출로부터 자유롭고 거리와 관계없이 정보를 전송할 수 있다. 출처: KRISS
밀공유 양자원격전송 개념도(고등과학원 이승우 교수 제공). 예를 들어 8명으로 이루어진 그룹에서 3명이 공유하고 있는 비밀정보를 나머지 5명에게 전달하고자 한다. 기존과 달리 정보유출로부터 자유롭고 거리와 관계없이 정보를 전송할 수 있다. 출처: KRISS

양자네트워크에서의 비밀정보가 공유된 그룹 내에서는 안전하지만 이를 다른 구성원들에게 전달하는 과정에서 보안성이 보장되지 못했습니다. 정보의 발신자가 다수인 경우 양자원격전송을 적용할 수 없다는 것도 문제였습니다. 예를 들어 5명으로 이뤄진 그룹에서 2명이 공유하고 있는 비밀정보를 나머지 3명에게 전달하고자 하면 전송 효율이 급격히 떨어짐은 물론 일부 참여자에 의한 정보유출의 우려까지 있었습니다. 

 

KRISS 양자기술연구소 박희수, 이상민 책임연구원은 고등과학원 이승우 교수, 서울대학교 정현석 교수 연구팀이 완성한 다자간 양자원격전송의 이론과 보안성을 실험적으로 증명함으로써 완성했습니다. 네 개의 광자가 얽힌 양자네트워크를 통해 두 명의 발신자가 공유하는 양자정보를 다른 두 명의 수신자가 가진 광자들로 원격 전송한 겁니다.

KRISS 양자기술연구소 연구팀이 비밀공유 양자원격전송 실험을 하고 있다. 출처: KRISS
KRISS 양자기술연구소 연구팀이 비밀공유 양자원격전송 실험을 하고 있다. 출처: KRISS

비밀공유 양자원격전송은 광자를 만들고 측정하는 양자광학계의 개발과, 광섬유 기반으로 소형·모듈화에 성공한 벨상태분석기를 통해 가능해졌습니다. 벨상태분석기(Bell state analyzer)는 광자들 사이의 얽힘, 즉 양자역학적 상관관계의 종류를 구분하는 측정장치인데요. 특허로 등록된 새로운 양자기술들은 이번 실험에서 원격전송 성공확률을 월등히 높이는 데 활용됐습니다.

KRISS 양자기술연구소장 박희수. 출처: KRISS
KRISS 양자기술연구소 박희수 소장. 출처: KRISS

 

 

 

KRISS 양자기술연구소 박희수 소장과 고등과학원 이승우 교수는 "비밀정보를 분산해 원격전송하는 방법을 세계 최초로 제시해 다자간 양자암호통신과 분산화 양자컴퓨터 개발 가능성을 높였다"며 "세계 각국의 연구개발 경쟁에서 새로운 방향성을 제시할 것으로 기대된다"고 말했습니다.

 

 

 

 


##참고자료##

 


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