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암, 치매 등 인류의 건강수명을 위협하는 질병들과 코로나19 사태 등 새롭게 발생하는 치명적인 감염병들의 병인을 규명하고 치료법을 제시하기 위해 인공지능, 항암, 항바이러스, 감염, 미세먼지, 면역치료 등을 키워드로 생명과학과 의과학·의공학의 유기적인 공동연구를 수행하고 있는 지스트 연구센터의 이름은 무엇일까요?

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2023년 1월 23일까지
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  • 양자 컴퓨팅 시대의 기존 암호 체계 취약성

    인터넷과 금융 네트워크의 보안을 위해 널리 사용되는 RSA 암호화 방식은, ‘거대한 정수는 소인수 분해하기 어렵다’라고 하는 계산복잡도에 기반한 기술로 수십 년간 그 효용성을 인정받아 왔다. 그러나 계산 성능이 비약적으로 향상된 양자 컴퓨터가 등장할 경우, 이러한 ‘계산복잡도 기반’ 암호 체계는 언제든 무력화될 수 있다는 우려가 커지고 있다. 이 때문에 계산복잡도에 상관없이 양자 역학법칙에 따른 무조건적인 안전성을 보장할 수 있는 기술인 양자키분배(QKD) 또는 양자 암호통신 같은 물리 기반 보안 기술을 도입할 필요성이 급격히 부상하고 있다.

  • QKD의 개념과 보안적 의의

    QKD는 단일 광자의 편광·위상 등 양자 상태를 이용해 두 사용자가 비밀키를 교환하는 기술로, 보안성은 전적으로 양자 역학적 원리에 기반한다. 임의의 양자 상태를 정확히 측정할 수 없다는 하이젠베르크 불확정성 원리(uncertainty principle)와, 완벽 복제가 불가능하다는 복제 불가능성 정리(no-cloning theorem)에 따르면, 도청 시 광자의 상태는 확률적으로 왜곡되어 오류가 발생한다. 사용자들은 전송 과정에서 나타난 오류율로 도청 여부를 즉시 판단하고, 안전성이 확인된 키만 실제 암호 통신에 사용한다. 결론적으로 QKD는 계산복잡도와 무관하게 절대 보안을 보장하는 수단으로 평가되며, 차세대 통신 네트워크에서 핵심 보안 계층으로 자리매김할 것으로 기대된다.

  • 현 시점에서 QKD 기술의 도전 과제

    계산복잡도에 의존하지 않는 보안을 제공한다는 점에서 QKD가 유력한 대안으로 떠올랐지만, 현장 적용에는 여전히 넘어야 할 장애물들이 많다.
    현재 개발된 QKD 장비는 벌크 광학 부품에 의존해 부피가 크고 무게가 많이 나가며, 부품을 일일이 손으로 조립·정렬해야 하기 때문에 대량 생산이 어렵다. 여기에 영하 수십 ℃에서 동작하는 고가의 단일 광자 검출기까지 포함되면서 시스템 가격이 수억 원대로 상승한다. 전송 거리가 수백 km를 넘으면 키 생성률이 급격히 떨어져 여러 ‘신뢰 중계’ 노드를 추가해야 하고, 이 역시 구축·운용 비용을 더 높게 만든다. 결국 절대 보안 기술을 현실 인프라에 안착시키려면, 장비를 소형화하고 비용을 낮출 수 있는 기술적 돌파구가 필수적이다.

  • 칩 기반 QKD : 소형화와 양산을 향한 돌파구

    벌크 광학 시스템의 부피·비용 부담을 극복할 현실적 해답은 칩 기반 QKD다. 실리콘·SiN·InP·LiNbO₃ 등 다양한 포토닉 집적 플랫폼을 이용해 레이저, 변조기, 간섭계 같은 광소자를 집적화하면 신용카드 크기의 모듈로도 안전한 키 분배가 가능하다.
    이 가능성은 ETRI가 실증한 광집적화 QKD 칩을 통해 입증됐으며, 해당 결과는 미국 최대 광통신 학술대회 OFC 2025에서 발표돼 국제적 주목을 받았다. 표준 파운드리 공정으로 대량 생산이 가능해 제조 단가가 급감하고, 소형 모듈 형태로 현장 설치가 간소화된다. 결과적으로 소형·저가·플러그앤플레이형 QKD 모듈은 절대 보안 기술을 실제 네트워크로 확산시키는 핵심 열쇠로 부상하고 있다.

  • 칩 기반 QKD가 그리는 양자 보안 인프라의 미래

    칩 기반 QKD는 부피·무게·수작업 조립에 발목 잡힌 벌크 광학 QKD의 한계를 근본적으로 해소해, ‘QKD 양산 시대’를 여는 핵심 솔루션으로 부상하고 있다. 대량 생산이 가능한 집적화 칩 기반의 모듈이 상용화되면 가장 먼저 국가 기간망의 백본 구간에 사용되어 기밀 트래픽을 보호할 전망이다. 이후 양산 규모가 커지면 단가가 더 낮아져, 통신사 메트로망·기업 전용 회선은 물론 최종 사용자 구간까지 단계적으로 확산될 가능성도 높다.
    이러한 집적화 칩 기반 QKD 기술은 유선 및 무선 (자유공간·위성 기반) 구간에 널리 적용될 것이며, 현재 활발히 연구되고 있는 양자 메모리를 갖춘 양자 중계기와 연동되어, 앞으로 다가올 양자 네트워크(양자 인터넷)를 구현하는 데도 크게 이바지할 것으로 보인다.
    이렇게 핵심 인프라에서 생활망으로 이어지는 보급 경로를 통해, 칩 기반 QKD는 계산복잡도에 의존하지 않는 절대 보안을 사회 전반에 자연스럽게 확산시키는 촉매가 될 것이다.