최근 통신, 네트워크, 클라우드 서비스 및 인공지능 기술의 급격한 성장으로 인해 정보의 대부분은 인터넷에서 쉽게 접근 가능한 세상이 되었다. 인터넷에서 다양한 정보, 국가 중요 정보, 개인 정보 등은 항상 사이버 공격의 위험에 노출되어 있으며 아울러 보안 통신은 점점 더 중요해지고 있다. 그리고 보안 통신을 위해 다양한 암호 통신 기술들이 연구되고 있으며 도청 및 해킹에 대한 기술도 나날이 발전하고 있다. 그리고 슈퍼컴퓨팅 기술의 발전, 최근 양자 역학 원리를 이용한 양자 컴퓨팅의 기술 개발은 수학적인 계산 복잡성에 근거한 현대 암호 통신 기술들을 해독할 수 있다는 우려를 증가시키고 있다. 양자 컴퓨팅 시대에도 안전할 수도 있는 수학적인 계산 복잡성에 기반한 현대 암호 기술 연구도 계속되고 있지만 본질적으로 보안성 이슈는 항상 잠재되어 있을 수 있다.
양자 통신 기술은 단일 또는 얽힘 광자를 이용하여 중첩성, 복제 불가능성, 불확정성 원리 등의 양자 역학적 법칙에 기반하여 통신을 하는 기술이다. 양자 통신 기술 중 특히 양자암호통신은 무조건적인 보안성을 제공하는 기술로서 양자컴퓨터 시대에도 도청이 원천적으로 불가능한 기술이다.
한국전자통신연구원 양자기술연구본부 양자통신연구실에서는 국방, 금융, 통신망, 행정 등 다양한 유선 및 무선 네트워크의 초고신뢰 보안을 위해 양자암호통신 집적화 부품 및 시스템, 양자 얽힘 분배, 양자 간섭계, 편광부/복호화, 단일 광자 검출기 등 양자 통신 기술 전반에 대하여 다양한 핵심 원천 기술 연구를 수행하고 있다. 현재 양자키분배 송수신부 시스템은 고가의 개별 벌크 광학 부품 기반으로 제작되고 있는 수준이며 이것은 큰 부피, 고비용, 높은 전력 소모 및 초정밀 광 정렬 기술이 요구된다. 반면, 집적화칩 기반의 시스템은 저가격, 초소형, 초경량 및 낮은 전력 소모를 달성할 수 있다. 특히, 무선 자유 공간 환경에서 도청할 수 없는 무선 양자키분배 기술 개발에 관한 결과물로서 편광 집적화칩 기반으로 시스템 내에서 초정밀 정렬 기술을 요구하지 않는 무선 양자키분배 송신부 집적화 핵심 모듈을 개발하였다. 이것은 세계 최초 수동 광집적화칩의 편광 부호화 기반 송신부 핵심 모듈에 해당하며 이를 기반으로 이동형 무선 양자키분배 시스템 테스트베드를 구축하였다. 향후 수신부 집적화 핵심 모듈도 개발하여 드론, 스마트 자동차 등 다양한 무선 환경에 응용할 예정이다.
유선 양자암호통신 기술로서는 초소형 유선 양자키분배 양자채널 송수신부 핵심 집적화칩 기술을 연구 중에 있다. 이것은 편광 기반의 무선 양자키분배 시스템과 달리 위상 변조 기반으로서 파장가변광원칩, 위상 변조기칩, 광간섭계칩의 집적화 기술을 연구 중에 있으며 향후 편광 제어부, 단일 광자 검출기, 송수신부 공개 채널까지 집적화하는 시스템 집적화 모듈 기술을 계획하고 있다.
양자암호통신 기술은 현재 실험실 내의 학문적 연구를 벗어나서 전 세계적으로 막대한 투자를 통하여 실용화, 산업 활성화, 응용 서비스에 가까운 기술까지 연구를 하고 있다. 양자 통신 기술은 초소형 초저가형 양자 통신 기술, 양자 광원, 양자 메모리, 양자 중계기 및 양자 얽힘 네트워크 기술, 위성 및 글로벌 양자 통신 기술, 양자 통신 응용 기술 등에서 보다 발전된 다양한 기술 개발을 요구할 것이다. 또한, 양자통신은 향후 양자컴퓨터, 양자 센싱 등 다양한 양자 노드들을 연결할 수 있는 미래 양자 인터넷의 핵심 기술이다.
한국전자통신연구원 양자통신연구실에서는 양자 기술 관련 산업의 수요에 맞추어 연구 개발을 수행하고 있으며 이를 위해 핵심 원천 및 산업 발전에 연결 고리 역할을 수행하고 있다. 연구 결과들은 향후 이동형 및 위성 양자통신, 초소형 유선 양자 통신, 양자 인터넷 기술의 핵심 기술로서 관련 분야의 국가 기술 경쟁력 향상에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대한다.
윤천주 박사는 현재 한국전자통신연구원 인공지능컴퓨팅연구소 양자기술연구단 양자통신연구실 실장(책임연구원)으로 재직중에 있습니다. 주요 연구분야로는 양자 통신, 양자 정보 통신 및 초고속 광통신 분야에서 시스템 및 부품 기술 연구를 하고 있으며 국내 양자정보통신 기획 위원, 기술 수준평가 위원, 한국양자정보학회 위원으로 활동하고 있습니다.