한국과학기술연구원(KIST)은 한상욱 양자정보연구단장팀이 단일 광원을 사용하는 플러그 앤 플레이(PnP) 구조를 적용해 TF QKD 시스템 작동에 필요한 난이도를 낮추고 다대다 네트워크로 확장이 가능한 시스템 구조를 제안했다고 22일 밝혔다. 이는 캐나다 토론토대에 이어 TF QKD 네트워크 실험 검증을 세계에서 두 번째로 성공한 것이다.
양자키 분배(QKD, Quantum Key Distribution) 기술은 양자암호 상용화를 위해 반드시 갖추어야 할 핵심 기술로 꼽힌다. 양자역학 법칙을 기반으로 송신자와 수신자 사이 일회용 난수표를 분배하고 이를 암호 키로 사용하는 기술이다. 이를 구현하려면 약 100km 이내로 제한되는 통신 거리 문제를 해결하고 다대다 네트워크 통신 확장이 필요하다.
2018년에 발표된 TF(Twin-field) QKD는 기존 QKD 시스템 통신 거리를 늘리는 장거리 프로토콜로 주목받았다. 그러나 시스템 개발 난이도가 매우 높아 세계적인 QKD 선도그룹에서만 프로토콜 검증에 성공했고 네트워크 통신 확장 연구는 미진한 상태다.
연구팀은 TF QKD 시스템 개발 난이도를 개선하기 위해 PnP 구조를 적용했다. 기존 TF-QKD 시스템에서는 송·수신자가 각각 양자 신호로 두 개의 광원을 사용하였기 때문에 서로 다른 두 광원의 특성을 동일하게 만들기 위한 제어 시스템이 필요하다.
연구팀이 개발한 PnP TF QKD 구조는 기존 송·수신자가 각각 양자 신호로 두 개 광원을 사용한 것과 달리 광원 하나로만 동작한다. 동일한 양자 신호가 통신 채널을 왕복해 편광 노이즈를 막을 수 있다.
연구팀은 또 편광, 시간, 파장 분할 기술을 적용해 다대다 확장이 가능한 새로운 TF QKD 네트워크 구조를 제안하고 실험적으로 검증했다. 이는 세계에서 두 번째로 TF QKD 네트워크 실험 검증에 성공한 사례다.
한상욱 양자정보연구단장은 “QKD의 상용화를 가로막던 장거리, 네트워크 확장 두 가지 과제를 동시에 해결한 연구성과”라며 “장거리 양자암호 네트워크 분야를 리딩할 수 있는 기반 기술을 확보했다는 것에 의의가 있다”고 밝혔다.
이번 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 KIST 주요 사업과 한국연구재단 양자컴퓨팅기술개발사업, IITP 정보통신방송기술개발사업으로 수행됐다. 연구 결과는 'npj Quantum Informaion'(IF: 7.385 JCR 분야 상위 4.054%) 최신호에 게재됐다.
김영준기자 kyj85@etnews.com
