양자 통신은 양자 정보 기술의 핵심입니다. 절대적인 기밀성, 대용량 통신, 빠른 전송 속도 등의 장점을 가지고 있으며, 기존 통신 방식으로는 불가능했던 특정 작업들을 수행할 수 있습니다. 양자 통신은 해독 불가능한 개인 키 시스템을 사용하여 진정한 의미의 안전한 통신을 구현하기 때문에 세계 과학 기술의 최전선에 서게 되었습니다. 양자 통신은 양자 상태를 정보 요소로 활용하여 효율적인 정보 전송을 실현하며, 전화 통신과 광통신에 이어 통신 역사에 또 다른 혁명을 일으키고 있습니다.
양자 통신의 주요 구성 요소:
양자 비밀 키 배포:
양자 비밀 키 분배는 기밀 콘텐츠 전송에 사용되는 것이 아닙니다. 오히려 암호책을 구축하고 통신하는 데 사용되며, 즉 개인 통신의 양측에 개인 키를 할당하는 데 사용되는데, 이를 양자 암호화 통신이라고 합니다.
1984년, 미국의 베넷과 캐나다의 브라사트는 양자 비트를 정보 전달 매체로 사용하여 빛의 편광 특성을 이용해 양자 상태를 인코딩하고 비밀 키를 생성 및 안전하게 배포하는 BB84 프로토콜을 제안했습니다. 1992년, 베넷은 간단한 흐름과 절반의 효율성을 갖는 두 개의 비직교 양자 상태를 기반으로 하는 B92 프로토콜을 제안했습니다. 이 두 방식 모두 하나 이상의 직교 및 비직교 단일 양자 상태 집합을 기반으로 합니다. 마지막으로, 1991년, 영국의 에커트는 두 입자 최대 얽힘 상태, 즉 EPR 쌍을 기반으로 하는 E91 프로토콜을 제안했습니다.
1998년, BB84 프로토콜에서 4개의 편광 상태와 좌우 회전을 포함하는 3개의 켤레 기저를 이용한 편광 선택을 위한 또 다른 6상태 양자 통신 방식이 제안되었습니다. BB84 프로토콜은 현재까지 누구도 해킹하지 못한 안전한 임계 분배 방식으로 입증되었습니다. 양자 불확정성 원리와 양자 복제 불가능성 원리가 절대적인 보안을 보장합니다. 따라서 EPR 프로토콜은 중요한 이론적 가치를 지닙니다. 이는 얽힌 양자 상태와 안전한 양자 통신을 연결하고 안전한 양자 통신을 위한 새로운 길을 열어줍니다.
양자 텔레포테이션:
1993년 Bennett과 6개국의 다른 과학자들이 제안한 양자 텔레포테이션 이론은 미지의 양자 상태를 전송하기 위해 2입자 최대 얽힘 상태의 채널을 사용하는 순수 양자 전송 모드이며 텔레포테이션의 성공률은 100%에 도달할 것이다[2].
1990년, 오스트리아의 A. 차일링거 연구팀은 실험실에서 양자 순간 이동 원리를 최초로 실험적으로 검증했습니다. 많은 영화에서 이와 같은 줄거리가 자주 등장합니다. 갑자기 한 장소에서 사라진 불가사의한 인물이 다른 장소에서 나타나는 것이죠. 하지만 양자 순간 이동은 양자 역학의 양자 복제 불가능성 원리와 하이젠베르크 불확정성 원리를 위반하기 때문에, 고전적 통신에서의 공상 과학에 불과합니다.
하지만 양자 통신에는 양자 얽힘이라는 특별한 개념이 도입되어, 원래의 알려지지 않은 양자 상태 정보를 양자 정보와 고전 정보 두 부분으로 나누게 되면서 이 놀라운 기적이 가능해집니다. 양자 정보는 측정 과정에서 추출되지 않은 정보이고, 고전 정보는 원래의 측정 결과입니다.
양자 통신 분야의 진전:
1994년 이후 양자 통신은 점차 실험 단계에 진입하여 실용화를 향해 나아가고 있으며, 탁월한 발전 가치와 경제적 이익을 지니고 있습니다. 1997년에는 중국의 젊은 과학자 판젠웨이와 네덜란드의 과학자 보우마이스터가 미지의 양자 상태를 원격으로 전송하는 실험을 성공적으로 수행했습니다.
2004년 4월, 소렌슨(Sorensen) 연구팀은 양자 얽힘 분배를 이용하여 은행 간 1.45km 데이터 전송을 최초로 실현하며 양자 통신이 실험실 단계에서 응용 단계로 진입했음을 알렸습니다. 현재 양자 통신 기술은 정부, 산업계, 학계에서 큰 주목을 받고 있습니다. 영국의 텔레폰 앤 텔레그래프(TTC), 벨(Bell), IBM, 미국의 AT&T 연구소, 일본의 도시바, 독일의 지멘스 등 세계적인 기업들도 양자 정보의 상용화를 위해 적극적으로 노력하고 있습니다. 또한, 2008년 유럽연합(EU)의 "양자 암호 기반 글로벌 보안 통신 네트워크 개발 프로젝트"는 7개 노드로 구성된 보안 통신 시연 및 검증 네트워크를 구축했습니다.
2010년, 미국의 타임지는 중국의 16km 양자 텔레포테이션 실험 성공을 "중국 양자 과학의 도약"이라는 제목으로 "폭발적인 뉴스" 칼럼에 보도하며, 중국이 지상과 위성 간 양자 통신망을 구축할 수 있음을 시사했다[3]. 같은 해, 일본의 국가정보통신연구소와 미쓰비시전기, NEC, 스위스의 ID Quantified, 도시바 유럽, 오스트리아의 비엔나는 도쿄에 6개 노드로 구성된 도시 양자 통신망인 "도쿄 QKD 네트워크"를 구축했다. 이 네트워크는 일본과 유럽에서 양자 통신 기술 개발 수준이 가장 높은 연구 기관 및 기업들의 최신 연구 결과를 중심으로 운영된다.
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게시 시간: 2023년 5월 5일