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시스코가 를 개최하고, 학계, 정부, 산업계의 양자 컴퓨팅 전문가가 모여 최근 수개월간의 발전상을 조명했다. 이번 기사에서는 해당 행사의 주요 발표 내용을 살펴본다. 양자 네트워크는 양자 칩과 컴퓨터, 그리고 기업 데이터센터를 연결해 양자 컴퓨팅의 확장을 가능하게 하는 기술로 주목받고 있다.
에너지 사이언스 네트워크(Energy Sciences Network)의 전무이사이자 이번 행사 연사였던 인더 몽가는 “특히 분산 양자 컴퓨팅 분야에서 상당한 진전이 이루어졌다”라고 밝혔다. 그는 파운드리 산하 언론사 네트워크월드와의 인터뷰를 통해 “아직 연구 단계에 있는 기술이 많지만, 향후 양자 네트워크를 활용한 양자 컴퓨터 간 연결과 관련된 발표가 급증할 것으로 예상된다”라고 설명했다. 몽가가 언급한 대표적인 사례로는 QUANT-NET 연구 프로젝트가 있다.
QUANT-NET은 미국 버클리 연구소와 캘리포니아대학교 버클리캠퍼스를 잇는 5km 길이의 광섬유 기반 분산 양자 네트워크 시제품 개발을 주도하는 프로젝트다. 몽가는 QUANT-NET의 수석 연구책임자이기도 하다. 몽가는 “앞으로 몇 달 안에 분산 양자 네트워크 영역에서 의미 있는 진전을 선보일 계획”이라고 전했다.
그는 양자 통신 기술이 빠르게 발전하고 있으며, 이러한 흐름이 초기 인터넷의 성장 과정과 유사하다고 평가했다. 양자 네트워킹의 기업 활용은 아직 초기 단계에 머물러 있다. 다만 세부적으로 들여다보며 업계에 확산되는 기술 몇 개가 있다.
확산되는 양자 키 분배(QKD) 기술 몽가는 “현재까지 양자 네트워크에서 가장 널리 활용되고 있는 기술은 양자 키 분배(QKD)”이라고 설명했다. 몽가에 따르면, QKD는 2003년경 처음 상용화되었으며, 이후 글로벌 차원에서 연구 및 실제 도입이 활발한 상태다. QKD는 안전한 양자 채널을 통해 암호화 키를 교환함으로써 기존 네트워크의 데이터 전송 보안을 보장한다.
이미 미국, 유럽, 중국을 비롯한 여러 국가에서 양자 키 분배 네트워크가 구축되어 운영되고 있으며, 다수의 기업들이 이를 활용하고 있다. 몽가는 “현재 여러 기업과 스타트업이 QKD 제품을 개발·공급하고 있으며, 이를 통해 기존 네트워크에서도 암호 키를 안전하게 교환할 수 있는 양자 채널을 제공하고 있다”라고 표현했다. QKD를 제공하는 기업으로는 도시바(Toshiba), ID 퀀티크(ID Quantique), 럭스퀀타(LuxQuanta), HEQA 시큐리티(HEQA Security), 씽크 퀀텀(Think Quantum) 등이 있다.
한편, 금융기업 JP모건체이스는 이미 양자 네트워크를 활용해 데이터센터 간 통신을 보호하고 있다. JP모건체이스는 고속 양자 네트워크를 활용해 두 개의 데이터센터를 연결했으며, 차세대 양자 기술을 테스트하기 위한 세 번째 양자 노드도 구축했다. 더 중요해진 ‘안전한’ 양자 네트워크 한편, 양자 컴퓨팅의 실용화가 가까워짐에 따라 보안이 더욱 중요한 이슈로 떠오르고 있다.
양자 컴퓨팅 기술이 발전하면 기존 암호화 표준이 무력화될 가능성이 있기 때문이다. 실제로 지난해 10월, 중국 연구진은 양자 컴퓨팅을 활용해 주요 암호화 기법을 공격하는 데 성공했다고 발표했다. 이 문제를 해결할 수 있는 대표적인 기술로는 양자 키 분배(QKD)와 양자 안전 암호화(Quantum-Safe Encryption)가 있다.
이와 관련해 영국 컨설팅 기업 주니퍼리서치는 “향후 5년간 네트워크 사업자들이 양자 키 분배 네트워크 개발과 구축에 60억 달러(약 8조 원) 이상을 투자할 것”이라고 전망했다. 대규모 양자 네트워크 구축의 새로운 단계 QKD 기술을 넘어, 이제는 여러 기업과 기관을 연결하는 대규모 양자 네트워크 구축이 새로운 목표로 떠오르고 있다. 양자 네트워크가 구축되면 암호 키뿐만 아니라 전체 통신 자체가 보호될 수 있다.
현재 미국의 여러 도시에서 이를 위한 테스트 네트워크가 운영되고 있다. 지난주 열린 행사에서는 시카고 양자 교환소(Chicago Quantum Exchange)의 디렉터인 데이비드 아우샬롬이 연사로 나서, 시카고 지역에서 운영 중인 8개 노드, 400km 길이의 양자 네트워크에 대해 소개했다. 그는 “시카고는 하루 동안 기온 변화가 크기 때문에 양자 네트워크의 내구성을 시험하기에 좋은 환경”이라고 설명했다.
현재 JP모건체이스를 비롯한 여러 대기업과 비영리 기관들이 이 네트워크 연구에 참여하고 있다. 아우샬롬은 “특히 금융 기업들이 양자 통신 기술에 대한 관심을 보이는 것이 인상적”이라며 “금융 기업은 최신 기술을 빠르게 받아들이는 경향이 있으며, 세계 최고의 이론가들을 적극적으로 영입하고 있다”라고 밝혔다. JP모건체이스의 부사장 오마르 아메르 역시 이번 행사에 참석해 QKD의 이점을 강조했다.
아메르는 “완전한 양자 네트워크가 구축되기 전에 QKD를 먼저 도입할 수 있다”라며 “QKD는 이미 상용화되어 있으며, 기존 광 네트워크에 적용할 수 있다. 또한, 양자 컴퓨팅으로 인한 보안 위협을 해결하는 데 중요한 역할을 할 것”이라고 밝혔다. 아메르는 또한 QKD가 단순한 암호화 기술을 넘어 물리적 위치 인증에도 활용될 수 있다고 설명했다.
그는 “전통적인 방식으로는 특정 인물이 실제로 특정 장소에 있는지 증명하는 것이 불가능하지만, QKD를 활용하면 검증할 수 있다”라고 조언했다. 중국과의 격차 좁히기 미국이 중국을 따라잡기까지는 아직 갈 길이 멀어 보인다. 독일의 메르카토르 중국연구소(Mercator Institute for China Studies)가 지난해 12월 발표한 보고서에 따르면, 중국의 양자 통신 네트워크는 세계에서 가장 크며 총 길이가 1만 2,000km에 달한다.
이 네트워크는 베이징, 상하이, 광저우 등 주요 도시를 연결하고 있다. 또한 중국은 현재 두 개의 양자 통신 위성을 보유하고 있다. 첫 번째 위성은 2016년에 발사됐으며, 두 번째 위성은 2022년 저궤도에 배치됐다.
2026년에는 세 번째 위성 발사가 예정돼 있다. 메르카토르 연구소 보고서는 미국이 양자 네트워크 분야에서 뒤처진 이유 중 하나로, 미국의 혁신이 주로 민간 자본에 의해 주도된다는 점을 꼽았다. 미국에서는 양자 네트워크보다 양자 컴퓨팅에 대한 투자가 집중되고 있다.
반면, 대규모 양자 통신 네트워크 구축은 국가 인프라 프로젝트의 일환으로 정부와 군의 지원이 필수적이다. 지난주 발표된 에 따르면, 중국은 150억 달러(약 20조 원)에 달하는 정부 지원금을 바탕으로 양자 통신 분야에서 세계를 선도하고 있다. 이는 미국을 비롯한 다른 국가들보다 훨씬 앞선 수준이다.
아시아 지역에서는 한국이 2,000km 길이의 양자 키 분배(QKD) 백본 네트워크를 구축하고 있으며, 이를 통해 양자 안전 통신 서비스를 제공할 계획이다. 양자 경제 개발 컨소시엄(Quantum Economic Development Consortium, QED-C)은 지난해 발표한 보고서에 따르면, 현재 미국 정부는 이러한 테스트베드나 시범 프로젝트에 투자하지 않고 있으며, 이로 인해 기술 발전의 선도자가 아니라 후발 주자가 될 가능성이 크다. QED-C는 250개 이상의 정부 기관, 학술 기관, 기업들이 참여하는 글로벌 협회다.
그러나 희망적인 요소도 있다. 지난해 9월, 보잉은 2026년 발사를 목표로 양자 위성 개발을 진행 중이라고 발표했다. 다만, 이 위성은 양자 통신을 직접 구현하는 것이 아니라, 얽힘 스와핑(Entanglement Swapping) 기술을 시험하는 데 집중할 예정이다.
얽힘 스와핑은 양자 통신의 핵심 요소지만, 아직 초기 단계에 불과하다. 실제 양자 통신이 실현되기까지는 갈 길이 멀다. 보잉의 응용 양자 물리학자 마칸 모하게그는 작년 말 양자 네트워킹 실험이 우주로 발사됐다고 밝혔다.
시리얼 상자 두 개 크기의 나사(NASA) JPL 실험인 우주 얽힘 및 어닐링 양자 실험(SEAQUE)은 11월 국제 우주 정거장에 도착했다. 이 실험은 극한의 우주 환경에서 양자 송수신기를 시험하고, 레이저의 방사선 손상 복구를 위한 새로운 ‘자가 회복’ 기술을 검증하기 위해 설계됐다. 모하게그는 컨퍼런스에서 “좋은 소식 하나 전하자면, 얽힘 소스가 지구에서와 동일하게 작동하고 있다”고 전했다.
모하게그는 또 태양에서 발생하는 코로나 질량 방출(Coronal Mass Ejections)이 실험 장비에 미친 영향을 언급했다. 그는 “태양이 격렬한 폭발을 일으켜 강한 방사선을 방출했고, 이 중 일부는 NASA가 설정한 안전 기준을 초과했다”라며 “방사선 피해가 누적되기 시작했으며, 피해 복구와 회복을 위한 어닐링 레이저 가동 시점이 다가오고 있다”라고 설명했다. 양자 네트워크 구축과 위성 발사를 기다리는 동안, 기업들은 이미 대비를 시작할 수 있다.
에너지 사이언스 네트워크의 몽가는 금융 서비스처럼 보안 네트워크에 대한 수요가 높은 산업군에서 먼저 QKD 장비를 배치하는 과정의 복잡성을 이해하고, 직원들에게 양자 네트워크의 장점과 도전 과제에 대한 교육을 시작할 것을 권장했다. 몽가는 “현재 사용 가능한 장비에는 여전히 한계가 존재하며, 기업들은 이를 극복하기 위해 노력하고 있다”라며 “따라서 양자 네트워크를 실제 업무에 도입하기 전에 장비를 직접 다뤄보는 경험이 중요하다”라고 조언했다. dl-ciokorea@foundryco.
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