양자 통신은 양자 정보 기술의 핵심입니다. 절대적인 비밀성, 대용량 통신 용량, 빠른 전송 속도 등의 장점을 가지고 있으며, 기존 통신으로는 달성할 수 없는 특수한 기능을 수행할 수 있습니다. 양자 통신은 해독이 불가능한 개인 키 시스템을 사용하여 진정한 보안 통신의 의미를 실현할 수 있기 때문에, 양자 통신은 세계 과학기술의 선두주자로 자리 잡았습니다. 양자 통신은 양자 상태를 정보 요소로 사용하여 효과적인 정보 전송을 실현하며, 전화와 광통신에 이어 통신 역사에서 또 다른 혁명을 일으켰습니다.
양자 통신의 주요 구성 요소:
양자 비밀 키 분배:
양자 비밀 키 분배는 기밀 콘텐츠 전송에는 사용되지 않습니다. 하지만 암호문을 구축하고 전달하는 데 사용됩니다. 즉, 개인 통신의 양측에 개인 키를 할당하는 것으로, 일반적으로 양자 암호 통신이라고 합니다.
1984년 미국의 베넷과 캐나다의 브라사트는 양자 비트를 정보 운반체로 사용하여 빛의 편광 특성을 이용하여 비밀 키의 생성 및 안전한 분배를 구현하는 BB84 프로토콜을 제안했습니다. 1992년 베넷은 간단한 흐름과 반감 효율을 갖는 두 개의 비직교 양자 상태에 기반한 B92 프로토콜을 제안했습니다. 이 두 가지 방식 모두 하나 이상의 직교 및 비직교 단일 양자 상태 집합에 기반합니다. 마지막으로, 1991년 영국의 에케르트는 두 입자 최대 얽힘 상태, 즉 EPR 쌍에 기반한 E91을 제안했습니다.
1998년에는 BB84 프로토콜에서 네 개의 편광 상태와 좌회전 및 고유회전으로 구성된 세 개의 공액 베이스에 대한 편광 선택을 위한 또 다른 6상태 양자 통신 방식이 제안되었습니다. BB84 프로토콜은 지금까지 아무도 깨지 않은 안전한 임계 분배 방식으로 입증되었습니다. 양자 불확정성과 양자 비복제 원리는 절대적인 보안성을 보장합니다. 따라서 EPR 프로토콜은 필수적인 이론적 가치를 지닙니다. 얽힌 양자 상태를 안전한 양자 통신과 연결하여 안전한 양자 통신을 위한 새로운 길을 열어줍니다.
양자 순간이동：
1993년 베넷 등이 6개국 과학자들과 함께 제안한 양자 순간이동 이론은 두 입자의 최대 얽힘 상태의 채널을 이용하여 미지의 양자 상태를 전송하는 순수 양자 전송 모드로, 순간이동 성공률은 100%에 달한다[2].
199년, 오스트리아의 차일링거(Zeilinger) 연구팀은 실험실에서 양자 순간이동 원리를 최초로 실험적으로 검증했습니다. 많은 영화에서 이러한 줄거리가 자주 등장합니다. 수수께끼의 인물이 갑자기 한 장소에서 사라지고, 갑자기 다시 제자리에 있는 것처럼 보이는 것입니다. 그러나 양자 순간이동은 양자 비복제 원리와 양자역학의 하이젠베르크 불확정성을 위배하기 때문에 고전적 소통에서는 일종의 공상과학 소설에 불과합니다.
그러나 양자 통신에는 양자 얽힘이라는 예외적인 개념이 도입되어, 원래의 미지의 양자 상태 정보를 양자 정보와 고전 정보, 두 부분으로 나누는데, 이를 통해 이 놀라운 기적이 실현됩니다. 양자 정보는 측정 과정에서 추출되지 않은 정보이고, 고전 정보는 원래의 측정 결과입니다.
양자 통신의 발전:
1994년 이후 양자 통신은 점차 실험 단계에 접어들었고, 뛰어난 개발 가치와 경제적 이점을 지닌 실용화를 향해 나아가고 있습니다. 1997년, 중국의 젊은 과학자 판젠웨이와 네덜란드 과학자 보우 마이스터는 미지의 양자 상태의 원격 전송을 실험하여 실현했습니다.
2004년 4월, 소렌센(Sorensen) 등은 양자 얽힘 분포를 이용하여 은행 간 1.45km 데이터 전송을 최초로 실현하여, 양자 통신을 실험실 수준에서 응용 단계로 끌어올렸습니다. 현재 양자 통신 기술은 정부, 산업계, 학계의 큰 관심을 받고 있습니다. 영국의 전화 및 전신 회사(Telegraph Company), 벨(Bell), IBM, 미국의 AT&T 연구소, 일본의 도시바(Toshiba), 독일의 지멘스(Siemens) 등 세계적인 유명 기업들도 양자 정보 상용화를 적극적으로 추진하고 있습니다. 또한, 2008년에는 유럽 연합(EU)의 "양자 암호 기반 글로벌 보안 통신망 개발 프로젝트"를 통해 7노드 보안 통신 시범 및 검증망을 구축했습니다.
2010년 미국 타임지는 중국의 16km 양자 순간이동 실험의 성공을 "폭발적인 뉴스" 칼럼에서 "중국 양자 과학의 도약"이라는 제목으로 보도하며 중국이 지상과 위성 간 양자 통신 네트워크를 구축할 수 있음을 시사했습니다[3]. 2010년에는 일본 국가정보통신연구소와 미쓰비시전기, NEC, 스위스의 ID Quantified, 도시바 유럽 리미티드, 오스트리아의 올빈이 도쿄에 6노드 광역 양자 통신 네트워크 "도쿄 QKD 네트워크"를 구축했습니다. 이 네트워크는 일본과 유럽의 양자 통신 기술에서 최고 수준의 개발 수준을 가진 연구 기관과 기업의 최신 연구 결과에 초점을 맞춥니다.
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게시 시간: 2023년 5월 5일