[첨단 헬로티]

국내 연구진이 해킹이나 도청과 같은 정보유출을 원천적으로 차단하는 양자정보기술을 개발하는 데 성공했다. 

한국표준과학연구원(이하 KRISS)과 고등과학원, 서울대학교 공동연구팀은 여러 사람이 공유하는 양자정보를 유출 가능성 없이 전달할 수 있는 원격전송(양자계에 저장된 정보를 손상 없이 다른 양자계로 옮기는 작업) 기술을 완성하는 데 성공했다. 양자정보(quantum information)는 원자, 광자와 같은 기본 양자입자에 저장된 정보로서, 0과 1의 중첩이 가능하여 정보의 보안성이 높고 경우에 따라 대용량 정보처리가 가능하다.

연구팀이 최초로 고안하고 실험적으로 증명한 ‘비밀공유 양자원격전송’은 기존보다 월등히 높은 성공률과 보안성을 가져 양자정보기술의 실용화를 크게 앞당길 것으로 전망된다.

양자네트워크로 연결된 구성원들은 유출 불가능한 비밀정보를 공유할 수 있다. 공유된 비밀정보란, 전체 참여자가 힘을 합치지 않으면 개별 참여자는 해독할 수 없는 정보를 의미한다. 

양자네트워크에서의 비밀정보 공유는 양자원격전송(물질이 직접 이동하지 않으면서 물질의 상태만을 원거리로 전달하는 기술)을 통해 이루어진다. 정보가 공유된 그룹 내에서는 안전하지만, 이를 다른 구성원들에게 전달하는 과정에서 보안성이 보장되지 못했다. 정보의 발신자가 다수인 경우 양자원격전송을 적용할 수 없다는 것도 문제였다.

예를 들어 5명으로 이루어진 그룹에서 2명이 공유하고 있는 비밀정보를 나머지 3명에게 전달하고자 하면, 전송효율이 급격히 떨어짐은 물론 일부 참여자에 의한 정보유출의 우려까지 있었다.

▲비밀공유 양자원격전송 개념도. 예를 들어 8명으로 이루어진 그룹에서 3명이 공유하고 있는 비밀정보를 나머지 5명에게 전달하고자 한다. 기존과 달리 정보유출로부터 자유롭고 거리와 관계없이 정보를 전송할 수 있다.

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

비밀공유 양자원격전송은 광자를 만들고 측정하는 양자광학계의 개발과, 광섬유 기반으로 소형·모듈화에 성공한 벨 상태분석기(광자들 사이의 얽힘, 즉 양자역학적 상관관계의 종류를 구분하는 측정장치)를 통해 가능해졌다. 특허로 등록된 새로운 양자기술들은 이번 실험에서 원격전송 성공확률을 월등히 높이는 데 활용됐다.

박희수 KRISS 양자기술연구소장과 이승우 고등과학원 교수는 “비밀정보를 분산해 원격전송하는 방법을 세계 최초로 제시해, 다자간 양자암호통신과 분산화 양자컴퓨터 개발 가능성을 높였다”라며 “세계 각국의 연구개발 경쟁에서 새로운 방향성을 제시할 것으로 기대된다”라고 말했다.

▲ KRISS 양자기술연구소 연구팀이 비밀공유 양자원격전송 실험을 하고 있다.