움직이는 위성·드론에서도 양자통신 가능해진다…세계 첫 ‘측정 보호’ 기술 개발

• ETRI·KAIST, 이동 중에도 끊김 없는 양자통신 신기술 

위성, 드론, 선박처럼 움직이는 환경에서도 안정적인 양자통신이 가능한 기술이 국내 연구진에 의해 세계 최초로 개발됐다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 30일 한국과학기술원(KAIST)과의 공동 연구를 통해, 이동 중인 환경에서도 안정적으로 양자 키를 분배할 수 있는 ‘측정 보호(Measurement Protection)’ 기반 양자통신 기술을 실험적으로 구현하는 데 성공했다고 밝혔다.

양자통신은 빛의 양자 상태를 활용해 정보를 전달하는 고보안 기술로, 원칙적으로 도청이 불가능한 양자 키 분배(QKD)를 가능하게 한다. 그러나 공중이나 해상처럼 끊임없이 변화하는 환경에서는 양자 상태가 쉽게 왜곡되며, 그동안 실시간 보정 없이는 안정적인 통신이 어렵다는 한계가 있었다.

이번 연구는 이러한 구조적 문제를 해결하기 위해 ‘측정 보호(MP)’ 이론을 새롭게 제안했다. 측정 보호 방식은 수신 측에서 채널 상태 변화에 따른 복잡한 측정 장치 보정 없이도, 간단한 국부 연산만으로 양자 키 분배를 가능하게 한다. 기존 방식과 달리 통신 경로의 불안정성에 대한 높은 내성을 확보했다는 점에서 기술적 진보로 평가된다.

연구진은 이를 입증하기 위해 10m 거리의 자유공간 통신 구간에 최대 30dB의 손실 환경을 조성하고 실험을 진행했다. 이 과정에서 양자 비트 오류율(QBER)의 허용 한계를 기존 대비 20.7%까지 끌어올리는 데 성공했다. 다시 말해, 수신된 양자 비트 중 오류율이 20.7% 이하일 경우 별도의 보정 없이도 안정적인 키 분배가 가능하다는 의미다.

연구진은 이번 기술이 실용화될 경우, 위성과 지상 간 보안 통신, 드론 통신, 해상 무선통신 등 이동 기반 환경에서의 양자 보안통신 구현 가능성을 크게 확장시킬 수 있을 것으로 기대하고 있다. 특히 군사·우주·항공 분야에서 민감한 정보의 고신뢰 전송을 요구하는 응용에 적용할 수 있을 전망이다.

또한 ETRI는 양자키분배 시스템의 상용화에 주요 장애로 꼽히는 ‘편광 의존 손실(PDL)’ 현상에 대한 실험적 보정 방법도 함께 제시했다. 편광 상태 변화로 인한 신호 손실을 효과적으로 보정함으로써, 소형화·경량화된 양자키분배 장비의 실현 가능성도 높였다는 평가다.

이번 연구 성과는 국제 학술지에도 잇따라 공개됐다. 측정 보호 기반 양자키분배 기술은 5월 ‘JSAC(Journal on Selected Areas in Communications)’에 게재됐고, 편광 의존 손실 보정 기술은 3월 ‘Advanced Quantum Technologies’의 표지논문으로 실렸다.

김지윤 기자/ hello@sciencewave.kr