영국 브리스톨대학, 저렴한 비용의 양자 통신 네트워크 개발
영국 브리스톨대학, 저렴한 비용의 양자 통신 네트워크 개발
  • 최정민 기자
  • 승인 2020.09.15 14:50
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이미지 출처: Pixabay/ mohamed Hassan
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[퓨처타임즈=최정민 기자] 영국 브리스톨 대학의 한 팀은 17km 거리에서 최소 8명의 사용자를 동시에 연결할 수 있는 양자 통신 네트워크를 개발했다. 지금까지 대부분의 양자 통신 접근 방식은 한 번에 두 명의 사용자만 연결할 수 있었으며 모든 사용자가 값 비싼 발신자 및 수신자 하드웨어를 보유하고 보안 침해 가능성을 높이는 이른바 신뢰할 수 있는 노드에 의존하는 경우가 많다. 이제 새로운 획기적인 발전으로 도시 전체의 양자 통신에 도달했다.

양자 인터넷은 진정으로 해킹할 수 없는 통신 방법을 약속하지만 지금까지 대부분의 제안은 한 번에 두 명의 사용자만 연결하고 값 비싼 인프라가 필요하다. 이제 연구자들은 기존 광섬유 케이블에 편승하는 최초의 도시 전역 양자 네트워크를 시연했다. 

인터넷은 세계 경제의 엄청난 확장을 가능하게 했지만 공격에 매우 취약하다. 미국 정부의 2018년 보고서에 따르면 사이버 범죄로 인해 2016년에 미국 경제가 570억 달러에서 1,100억 달러 사이에 손실을 입었고, 그 수치는 지금까지 상당히 증가했을 것으로 보인다.

양자 커뮤니케이션은 해커의 흔적을 막을 것을 약속한다. 그 이유는 양자 시스템의 특이한 특성 때문이다. 양자 시스템을 관찰하면 불가피하게 변화한다. 즉 누군가에게 입자의 양자 상태로 인코딩된 정보를 보내고 다른 사람이 이를 가로 채서 읽으려고 하면 메시지가 깨져서 수신자에게 위반 사실을 알린다.

진정으로 해킹할 수 없는 통신에 대한 이러한 약속은 현재 중국이 확고한 선두를 달리고 있는 양자 인터넷 구축을 위한 글로벌 추진을 주도하고 있다. 또한 현재의 암호화 방법을 쉽게 해독할 수 있을 것으로 예상되는 양자 컴퓨터의 급속한 개선으로 인해 추가적인 자극을 받고 있다.

그러나 지금까지 대부분의 양자 통신 접근방식은 한 번에 두 명의 사용자만 연결할 수 있었으며 모든 사용자가 값 비싼 발신자 및 수신자 하드웨어를 보유하고 보안 침해 가능성을 높이는 이른바 '신뢰할 수 있는 노드'에 의존하는 경우가 많다.

하지만 현재 영국 브리스톨 대학의 한 팀은 17km 거리에서 최소 8명의 사용자를 동시에 연결할 수 있는 양자 통신 네트워크를 개발했다. Science Advances의 한 논문에서 그들은 네트워크가 도시의 기존 광섬유 네트워크를 통해 8명의 사용자로 구성된 28개의 가능한 페어링을 동시에 안전하게 연결할 수 있음을 보여주었다.

“이것은 엄청난 돌파구이며 양자 인터넷을 훨씬 더 현실적인 제안으로 만든다.”라고 수석 저자인 Siddarth Joshi는 보도 자료에서 말했다. “지금까지 양자 네트워크를 구축하려면 막대한 비용, 시간 및 리소스가 필요하며 전체 목적을 무너 뜨리는 보안을 손상시키는 경우가 많다. 우리의 솔루션은 확장 가능하고 비교적 저렴하며 무엇보다도 난공불락이다 "라고 말했다.

연구진의 네트워크는 암호화 키가 광자의 양자 상태로 인코딩된 다음 다른 사용자에게 안전하게 전송되는 양자 키 배포라는 널리 사용되는 접근 방식을 사용한다. 그런 다음 암호화된 메시지가 기존 통신 채널을 통해 공유되고 양자 키가 이를 해독하는 데 사용된다.

일반적으로 이러한 시스템의 각 사용자는 다른 사용자에게 직접 연결되거나 신뢰할 수 있는 노드를 통해 연결되어야 하므로 대규모 네트워크에 비용이 많이 들고 해커가 악용할 수 있는 창 수가 늘어날 수 있다.

그러나 연구원들은 멀티플렉싱이라고 하는 1세기 이상 전화 통신에 사용된 접근 방식 덕분에 이러한 한계를 극복할 수 있었다. 여기에는 여러 데이터 스트림을 단일 신호로 결합하여 공유 링크를 통해 전송할 수 있으며 목적지에 도달하면 다시 분리된다.

연구원들은 얽힌 광자 쌍의 단일 소스를 사용했는데, 이는 양자 상태가 본질적으로 연결되어 있고 하나의 변경 또는 측정이 다른 하나에 반영된다는 것을 의미한다. 그런 다음 연구진은 이러한 얽힌 광자 쌍을 파장에 따라 여러 채널로 분할한 후 결합하거나 다중화하여 단일 광섬유 케이블을 통해 전송한다.

각 사용자는 고유한 채널 조합에서 신호를 수신하여 모든 사용자가 다른 모든 사용자와 하나 이상의 채널을 공유하도록 한다. 공유 채널의 측정 값을 보면 두 사용자가 서로 간에 양자 키를 설정하여 안전하게 통신할 수 있다.

이 접근 방식을 사용하면 네트워크의 다른 모든 사용자에 대해 하나가 아닌 단일 수신기만 설정하면 되기 때문에 사용자를 추가하는 것이 훨씬 간단해진다. 이는 상당한 비용 절감을 가져올 수 있다. Joshi는 이전 접근 방식을 사용하는 100명의 사용자 네트워크가 약 50억 파운드 (66억 달러)의 비용이 들 수 있지만 그들의 비용은 약 450만 파운드에 불과할 것이라고 예측한다.

이 시스템은 여전히 개념 증명일 뿐이며 황금 시간대가 되기 전에 상당한 추가 개발이 필요하다. 그러나 이 접근법은 깨지지 않는 양자 인터넷을 현실로 만들 수 있는 가능성을 가지고 있다.

"이러한 규모의 경제로 인해 보편적인 사용을 위한 양자 인터넷의 전망은 훨씬 덜 좁다."라고 Joshi는 말했다. "우리는 멀지 않은 미래에 수백 또는 수천 명 뿐 아니라 잠재적으로 수백만 명의 사용자에게 서비스를 제공할 수 있다."라고 말했다.


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