ETRI Webzine
안심을 더할
통신 기술
Vol.256 October
보안에 온 국민이 민감해진 시기다.
ETRI는 보안 유출의 걱정 없이 사용할 수 있는 통신 기술을 위해
열심히 연구에 매진 중이다.
그중 완벽한 보안을 자랑하는 양자통신도 개발 중이다.
최근 양자 상태의 측정 보정 없이도
안정적으로 양자키분배가 가능한 기술을 검증했다.
양자키분배 기술은 도청이 원천적으로 불가능한 암호키 분배 기술로
추후 양자 보안 통신을 현실화 하는데 도움이 될 것으로 기대하고 있다.
2035년의 어느 날. 나는 비행 중에 발생하는 환자들을 원격으로 진료하는 일을 하고 있다. 환자가 발생하는 일은 정말 드문 일이지만 가끔가다 발생하곤 한다.
얼마 전에는 심한 복통을 호소하는 승객을 원격으로 진료하는 일이 있었다.
화면 속으로 보이는 승객은 창백한 얼굴로 식은땀을 흘리고 있었다.
배를 움켜잡으며 고통을 호소했다.
“10분 전부터 갑자기 승객분이 토를 하시고, 오한이 난다고 이야기하셨어요. 지금은 이렇게 복통이 있으시고요. 현재 체온은 37.7도로 열이 있습니다.”
승객의 설명을 우선적으로 듣고, 환자와 대화를 시도했다.
“환자분, 설사를 하시진 않았나요?”
“아까 몇 번 화장실을 들락거리긴 했습니다.”
“음식은 어떤 걸 드셨나요?”
“기내식으로 나온 음식이요. 비행기 타기 전에는 아이스크림이랑 이것저것...”
환자와의 세부적인 상담을 진행했다. 생각보다 많은 양의 음식을 비행하기 전부터 먹었음을 확인했다. 간만의 해외여행으로 들뜬 나머지 폭식을 했다며 멋쩍게 말하는 환자.
“환자분, 증상을 보니 급성 장염으로 보입니다. 가능하다면 따뜻한 물이나 이온 음료를 충분히 드시면 좋습니다. 식사는 가급적 하지 않으시는 게 나을 것 같고요. 혹시 기내에 지사제가 있다면 드시고, 타이레놀과 같은 아세트아미노펜 계열의 해열 진통제를 같이 드셔보시는 게 좋을 것 같습니다. 설사가 멎는다면 복용을 중지하시고요.”
“네 감사합니다. 선생님.”
옆에서 상황을 지켜보던 승무원은 이내 따뜻한 물과 약을 준비하겠다고 말하며 승객을 안심시켰다.
여느 진료와 다를 것 없이 통신은 끊기지 않았다. 장소에 구애받지 않고, 필요한 곳에서 적절하게 진료를 볼 수 있다니 신기할 따름이었다. 더불어 양자통신으로 주고받는 화상전화기에 보안을 걱정하지 않아도 된다는 것이 가장 큰 장점이었다. 앞으로도 다양한 공간에서 다양한 환자들과 만나게 될 듯하다.
ETRI가 양자 상태의 측정 보정이 없이도 안정적으로 양자키분배(QKD)가 가능한 ‘측정 보호(MP)’이론을 세계 최초로 정립하고, 이를 실험적으로 검증하는 데 성공했다. KAIST와의 공동 연구를 통해 위성, 선박, 드론처럼 움직이는 환경에서도 안정적인 양자통신을 구현할 수 있는 새로운 기술을 세계 최초로 개발한 것이다.
양자통신은 정보를 빛의 양자 상태로 전송하는 고정밀 기술이지만, 무선으로 이동중인 환경에서는 날씨나 주변 환경 변화의 영향을 크게 받아 통신이 불안정해지는 문제가 있었다. 특히 하늘이나 바다, 공중처럼 실시간으로 변화하는 환경에서는 양자 상태의 안정적인 전달이 매우 어려웠다. 이번 연구는 이러한 한계를 극복하고, 이동 중인 상태에서도 안정적으로 양자 정보를 주고받을 수 있는 기술적 가능성을 처음으로 열었다는 점에서 중요한 의미를 가진다.
연구진은 단일광자 펄스를 생성하기 위해 100MHz인 광원, 즉 수직 공진형 표면 발광 레이저(VCSEL)를 활용했다. VCSEL이란, 레이저 빔이 칩의 상단 표면에서 수직으로 방출되는 반도체 레이저의 한 종류이다.
연구진은 10m 자유공간 구간에 최대 30dB 손실을 적용한 장거리 전송 환경을 구현하고, 다양한 편광 노이즈를 삽입해 무선환경의 장거리 실험을 상정해 열악한 상황에서도 양자의 전송과 측정이 원활하게 됨을 검증했다.
또한 송수신 단에는 각각 3개의 파장판을 장착해 국부 연산을 구현했다. 그 결과, 측정보호(MP) 기반 QKD 시스템은 전송된 양자 비트 중 오류가 발생한 비율을 뜻하는 양자 비트 오류율(QBER)의 시스템 최대 허용치를 기존 대비 20.7%까지 상승시킬 수 있다는 것을 증명했다. 이는 수신된 양자 비트 중 오류가 20.7% 미만이면 별도의 측정 보정 없이 안정적인 양자키분배가 가능하다는 의미다.
이로써 측정 보정 없이도 다양한 채널 노이즈 환경에서도 안정적인 키 생성을 달성하여 신뢰성 있는 양자통신을 구현할 수 있는 기반을 마련한 셈이다. 연구진은 이 같은 성과를 위성-지상 링크와 유사한 환경에 적용이 가능할 것으로 보고 있다. 이번 연구 결과는 지난달 25일, 국제 권위 학술지 미국전기전자공학회(IEEE) 통신분야 저널인 “Journal on Selected Areas in Communications”에 게재됐다.
