양자의 특성, 양자 정보통신 - 170911

 

  1.  인터넷 해킹기술의 발달

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요즘 랜섬웨어가 IT 업체들을 불안하게 만들고 있습니다. 랜섬웨어는 ‘몸값(Ransom)’과 ‘소프트웨어(Software)’의 합성어로 IT 시스템을 잠그거나 데이터를 암호화해 사용할 수 없게 한 뒤 이를 해제해주는 대가로 금전을 요구하는 악성 프로그램을 말합니다.

얼마전 한국에서도 한 인터넷 호스팅업체가 랜섬웨어의 공격을 받고 해커에게 13억을 지급하기로 하여 화제가 되었는데요. 이처럼 IT기술이 발달함에 따라 해킹 기술도 발달하여, 인터넷 사용자들을 불안하게 하고 있습니다.

 

 

  2.  양자 암호통신에서 '양자'

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  그런데 최근 이러한 IT 보안문제의 해결책으로 ‘양자암호 통신’ 이 급부상하고 있습니다. 다소 생소하고 어려운 용어인데요. 우선 ‘양자’에 대해서 알아보겠습니다. ‘양자(quantum)’는 라틴어에서 ‘단위’라는 뜻을 가지고 있고, 에너지의 가장 작은 단위인 입자를 말합니다. 빛을

작게 쪼개다 보면 가장 마지막에 나오는 ‘광자(光子)’가 양자의 일종인데요. 결국 ‘양자암호 통신’은 빛 알갱이 입자인 광자를 이용한 통신을 말합니다.

 

 

  3.  양자의 특성 : 중첩, 얽힘, 관측

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이러한 양자가 이동할 때는 3가지 특징을 가지는 데요.

첫번째는 중첩(superposition)입니다. 현재 정보통신은 정보의 기본단위인 비트를 0 또는 1 중에 하나만 택하게 되어 있는데 반해, 양자의 큐비트는 0,1 양쪽 값을 동시에 취할 수 있고 이러한 성질을 ‘중첩’ 이라고 합니다. 1양자 큐비트는 중첩상태가 2개(1x2), 2양자 큐비트는 중첩상태가 4개(2x2), 3양자 큐비트는 중첩상태가 8개(2x2x2) 존재하게 됩니다. 이처럼 중첩의 수가 늘어날수록 계산속도도 빨라지게 되는데요. 결국 양자 큐비트 수가 늘어남에 따라 현재의 PC에 비해 계산속도가 2n 으로 빨라지게 됩니다.

 

두번째는 얽힘(entanglement)입니다. 이는 2개 이상의 전자나 광자 간의 상관관계로, 한쪽 양자의 성질이 결정되면 다른 한쪽의 상태도 순간적으로 정해지는 현상을 말합니다.

양자 A, B가 서로 먼거리에 있지만 얽힘 관계에 있다면, 양자 A에 'X' 라는 정보를 부여하면 실시간으로 양자 B도 'X' 라는 특성을 가지게 됩니다. 이러한 얽힘 현상을 이용하면, 많은 양의 정보도 순식간에 먼 곳으로 보내는 것이 가능해 집니다. 결국 앞서 언급한 ‘중첩’과 ‘얽힘’을 활용하면, 대용량의 정보를 빠르게 처리하고 장거리로 전송하는 것이 가능하다고 할 수 있습니다.

 

세번째는 관측입니다. 양자는 첫번째 특성인 ‘중첩’때문에 0과 1 양쪽값을 동시에 취하고 있지만 외부에서 관측이나 측정이 이루어질 경우 0,1 중 하나의 값으로 정해져 버리는 성질을 가지고 있습니다. 이 ‘관측’ 특성을 암호화 기술에 활용하면, 제3자가 암호를 훔쳐보는 즉시 양자의 상태가 바뀌면서 정보의 내용도 변경이 됩니다. 즉 이 기술을 활용하면 해킹이 절대 불가능한 안전한 암호화가 가능한 것입니다.

 

 

  4.  양자 암호통신의 시작

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이처럼 재밌는 특성을 가진 양자암호 통신은 언제 시작되었을까요? 양자암호 통신기술은 1984년 IBM의 Bennett박사와 캐나다 몬트리올 대학교의 Brassard교수가 최초로 개발했습니다. 그리고 1989년에 최초의 양자암호 전송실험에 성공을 했습니다.

그 이후 세계 각국은 양자통신의 상용화를 위해 많은 연구를 계속해 왔습니다. 중국은 지난해 8월 세계 최초로 양자통신 위성을 발사하였고, 지난 6월에는 이를 활용한 장거리 통신에 성공했다고 합니다.

 

중국은 양자통신 위성을 활용해 1,200km 거리의 기지간에 양자 송수신에 성공하였습니다.

한편 국내에서는 지난 6월, SK텔레콤에서 왕복 112km 구간의 실험망에서 양자암호키를 전송하는 데 성공했다고 발표했습니다. 서울에서

부산까지 거리가 약 460km인 점을 감안할때, 전용 중계장치 5대를 설치할 경우 서울-부산간에 양자암호키 전송이 가능한 것입니다.

 

이처럼 차세대 기술로 주목받는 양자통신 시장은 그 전망도 밝습니다. 마켓 리서치에 따르면, 국내 양자정보통신 시장은 2025년 약 1조4천억원 규모, 글로벌 시장은 26조9천억원 규모로 성장할 것으로 전망된다고 합니다.

한국의 IT/통신 업체들이 글로벌 양자통신 시장에서 좋은 결과를 얻을 수 있기를 기원합니다.

 

[출처] 양자 암호통신|작성자 SK테크엑스

 

 

 

 

  양자정보통신 현황과 미래

 

  Ⅰ.  양자정보통신의 개념 및 중요성

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1. 양자정보통신의 개념 및 통신

  (1) 정의

    1) 양자물리학적 특성을 정보통신 기술에 적용하여 정보통신 인프라를 보호하고, 초고속 대용량 연산이 가능하고, 초정밀 계측을 실현할 수 있는 차세대 정보통신 기술

    2) 양자 : 소립자 중 에너지를 가지고 있는 최소단위

  (2) 특징

    1) 중첩 : 하나의 양자에 상태값 0, 1을 동시 표현 -> 계산속도 획기적 개선

    2) 복제불가 : 정보가 한번 깨지면 다시 이전 상태로 되돌릴 수 없는 현상 -> 보안

    3) 얽힘 : 두 개의 양자를 특별한 처리를 통해 얽힘 상태로 만듬 -> 멀리 있어도 한쪽 동작에 따라 반대쪽 동작 예측가능

    4) 순간이동 : 순간적 멀리 떨어진 구간에 보낼 수 있는 기술

 

 

2. 양자정보통신 시장규모 및 전망

 

3. 양자정보통신의 중요성 및 파급효과

    - 신 ICT 시장 개척을 위해 반드시 확보해야하는 High Risk – High Return형 기술

 

 

    - 기존 : 전자과학 → 전자정보기술 → ICT 산업화

    - 향후 : 양자과학 → 양자정보통신기술 → Quantum ICT

 

4. 양자정보통신 기술 개발의 파급효과

    - 기간통신망, 빅데이터, 클라우드 등 ICT 신산업 경쟁력 제고

    - 양자 특성에 의한 해킹 불가능한 정보통신 인프라 보호

    - 소인수분해 등 특정 분야 연산에 있어 계산능력 향상

 

  Ⅱ.  최근 양자정보통신 기술개발 국내외 동향

​1. 양자컴퓨터 개발을 위한 국내외 동향

 

양자센서 및 계측기술의 개발을 위한 국내외 동향

 

 

 

 

  Ⅲ.  결론 및 시사점

​- 우수한 연구인력이 국내 기술 개발에도 참여할 수 있는 자유로운 연구개발 방식 과감히 도입

- 과감한 R&D 투자 및 제도 개선 수반