양자정보 송수신속도 10배 빨라졌다

2017년 11월 28일 13:00

 

GIB 제공
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‘초당 기가바이트를 보내는 초고속 인터넷 시대에 양자정보 송수신 속도는 아직 메가바이트급에도 못미친다고?’

 

광케이블의 도움으로 디지털암호키 송수신 속도는 초당 수십 기가바이트(Gb)까지 가능해진지 오래다. 그런데 디지털암호키의 보완취약성 문제가 끊임없이 제기됐다. 이를 보완하기 위해 해킹이 불가능한 양자암호 키를 생성해 송수신하는 기술이 개발되고 있지만, 송수신 속도는 디지털암호키에 크게 못 미치는 상황이다 (아래참조). 최근 양자암호키의 송수신 속도를 크게 끌어 올린 연구가 나왔다.

 

※기바바이트(Giga byte, 이하 Gb) : 데이터양을 나타내는 단위로 1Gb는 103메가바이트(Mb)이며, 106킬로바이트(Kb)이다.

 

미국 오하이오주립대와 듀크대 공동 연구팀이 기존보다 약 5~10배 보다 속도가 빠른 양자암호키 송수신 기술을 개발했다고 지난 24일 (현지시각) 학술지 ‘사이언스 어드벤스드’에 발표했다.

 

논문 제1저자인 듀크대 물리학과 나룰 타무르 박사는 “지난 6월 중국이 양자위성을 통해 1203㎞ 거리에서 양자암호키를 주고받았는데, 그 속도가 수십 킬로 바이트(Kb)에 불과했다”며 “이런 속도로는 지금처럼 휴대폰으로 동영상을 보는 생활을 할 수 없다”고 말했다.

 

일반적으로 양자암호키를 생성해 송수신하는 데는 세기를 낮춘 약한 레이저 빔을 사용한다. 레이저빔의 빛에는 양자의 일종인 광자가 들어있는 데, 이 광자를 두 개로 쪼개 인위적으로 중첩현상을 일으켜 광자에 원하는 정보를 입히는 방식이다.

 

이렇게 생성된 양자암호키나 디지털암호키는 사실 모두 빛의 속도로 이동한다. 결국 하나의 암호키에 ‘얼마나 많은 정보를 담아 보낼 수 있는가’에 따라 속도가 결정된다. 중국이 양자위성을 쏘던 당시 광자에 담은 정보량은 디지털암호키에 담을 수 있는 정보량의 100만 분의 1수준에 불과했다. 

 

연구팀은 레이저빔에서 단일광자가 나오는 시간과 위상을 조절해 일반 디지털정보에서 두 개의 비트에 해당하는 정보량을 한 개의 광자에 담는 기술을 개발했고, 최대 10비트의 정보량을 넣는데 성공했다.

 

연구 진행 당시 듀크대에 재직했던 오하이오주립대 물리학과 다니엘 가우서 교수는 “(가까운 미래에는) 해킹당할 위험이 없는 양자암호키 통신시스템이 디지털암호 시스템을 대체할 것”이라며 “더 많은 정보량을 담아 송수신속도를 높이도록 연구를 이어질 것”이라고 전망했다.


※한걸음 더) 양자암호는 복제할 수 없다?

 

현재 널리 사용 중인 디지털키와 달리 양자는 특정 정보를 중첩해 가지고 있는 특성이 있어 해커가 이를 푸는 것이 불가능하다.  

 

먼저 디지털 키는 1과 0, 두 값 중 하나만을 확정적으로 가지고 있어 해커가 암호를 풀려고 여러번 시도할 수 있다. 연산속도가 빠른 컴퓨터를 쓰거나 여러 대의 컴퓨터를 연결해 시도하면 시간은 걸리지만 암호를 푸는게 충분히 가능한 것이다.

 

반면 양자는 확인하려고 여는 순간에 그 값이 둘 중 하나로 결정되며, 한번 결정된 값은 바꿀 수 없다. 슈퍼컴퓨터보다 1000배는 빠를 것으로 예상되고 있는 미래 양자컴퓨터를 이욯해 도전해도 원래 사용자가 양자정보를 생성한 방식을 모르면 양자정보를 푸는 것이 불가능하다. 이 때문에 국가별로 미래 정보통신 산업을 선점하려 양자정보처리 기술 개발을 위한 속도 경쟁이 불붙고 있다. 

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