양자역학과 양자통신

1. 양자통신이란?

양자통신은 양자역학의 원리를 활용하여 정보를 안전하게 전송하는 혁신적인 통신기술입니다. 전통적인 고전적 통신시스템의 문제점들을 극복하고 정보의 보안성을 더욱 향상시키기 위해 개발되어 왔습니다. 양자통신은 양자역학의 주요 원리를 이용하여 정보를 안전하게 전송하며 고도화된 보안성을 제공해주는 획기적인 기술로 정보의 보안성과 안전성을 필요로 하는 부분에서 사용되어지고 있습니다.

2. 양자역학의 기본원리와 양자통신

양자통신의 핵심은 양자역학의 기본원리인 양자얽힘에 기반하고 있습니다. 양자역학은 입자의 크기에 미세한 입자의 움직임에 대해 기술하고 있습니다. 이중에서도 양자얽힘은 두 개이상의 양자 시스템간의 상호의존성에 대한 현상을 말하는 것으로 한 양자의 상태가 변경되면 다른 양자의 형태도 즉시 변경이 되게 됩니다. 이러한 양자얽힘 현상은 두양자간의 정보를 즉시 전송하고자 할때 활용되며 한 양자이 형태가 다른양자의 형태에 바로 영향을 주기 때문에서 정보를 안전하게 전송하고자 할때 이를 이용하면 외부에서의 감청을 제한할 수 있습니다. 이러한 현상을 기반으로 양자통신에서는 키 분배를 통해 생성된 키를 양자얽힘을 통해 안전하게  전송하고 있어 정보의 안전한 전송과 동시에 수준높은 수준의 보안성을 확보할 수 있게 하였습니다.

3. 양자통신의 양자키분배

상기 알아본 바와 같이 양자얽힘을 통한 안전한 정보 전송은 주로 양자 키분배(QKD)를 통해 이루어지는데, 양자키분배는 통신 양 측간에 양자역학적 원리를 기반으로 안전한 키를 생성하고 공유하는 과정입니다 .이 키는 양자 얽힘을 통해 안전하게 전송되므로, 제 3자에 의한 키가 훼손되거나 탈취 , 도청 등을 방지할 수 있습니다.

 

통신 양 측은 얽힌 양자쌍을 생성하고 각 양자에 대한 측정을 수행합니다. 이 측정결과를 통해 양자 키를 생성하고, 이 키를 사용하여 안전한 통신체계를 갖추게 합니다. 특히 양자 키를 생성하는 과정에서 외부로부터의 감시나 도청 등을 불가능하게 합니다.

4. 양자통신의 주요 특성

양자통신은 양자얽힘을 통해 정보이동을 실시간으로 전송할 수 있는 특성을 가지고 있어 정보 전송에 있어서 시간을 지연시키거나 중간에 끊기거나 하는 부분이 거의 없어 실시간 통신에서 중요한 역할을 하고 있습니다.

 

양자키분배를 통한 양자 통신은 키를 안전하게 전송하고, 이를 기반으로 하여 전통적인 통신에서 빈번하게 발생하는 보안부문에서 상당히 높은 수준의 보안성을 확보하고 기밀하고 안전하게 정보 전송을 가능하게 합니다.

5. 양자통신의 응용분야

양자통신은 보안통신, 양자컴퓨터, 원거리 양자통신 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다. 보안통신 분야의 경우 은행, 군사, 정부기관 등에서 양자통신을 통한 안전한 통신체계를 구축하여 각 기관의 중요한 보안정보들을 보호하고 있습니다. 양자통신은 양자컴퓨터와의 통신에도 활용됩니다. 현재의 고전적인 컴퓨터보다 상대적으로 상당히 빠른 속도와 계산 능력을 기반으로 한 양자컴퓨터를 통해 보다 효율적인 통신체계를 지원합니다.  또한, 원거리에서의 통신부분에서도 양자통신을 통해 보다 안전하고 신속하게 정보를 전송할 수 있는 기술 등이 보완 개발되고 있습니다.

6. 양자통신의 한계

양자통신은 수준 높은 보안성과 안전성을 제공하고 있는 기술이나, 고난이도의 기술력을 필요로 합니다. 양자상태를 보다 안정적으로 유지하면서 정보 보안성을 확보하여 전송하게 위해서는 정교한 실험 및 제어 기술이 필요로 합니다.

 

현재의 양자통신 시스템은 소규모 네트워크에서는 효과적으로 이용되고 있지만, 대규모 네트워크에 적용하기에는 어려움이 있는 등 아직은 많은연구 과제들이 남아 있습니다. 이에 대해 연구가 지속되고 있으며, 향후에는 보다 안전하고 확장 가능한 양자통신시스템이 개발되어질 것으로 기대됩니다.