[마켓 이슈] 양자정보통신, 4차산업혁명 핵심기술로 부상한다

기사입력 : 2018-05-31 02:00:00
[마켓뉴스 이상헌 하이투자증권 애널리스트] 20세기 초 정립된 양자역학은 삼라만상의 구성원리를 설명하는 물리학의 근본이론으로서 그동안 이론에 머물렀던 양자기술이 빠른 속도로 발전해 수년 내 상용화가 이뤄질 것으로 기대된다.

앞으로 양자기술이 제4차 산업혁명 시대의 중요한 기술 인프라로 사물인터넷(IoT), 빅데이터(BigData), 인공지능(AI), 클라우드(Cloud) 기반 지능정보기술을 더욱 촉진시킬 수 있을 뿐만 아니라 초연결성, 초지능화 시대 보안부문에서 중요한 역할을 할 것으로 전망된다.

양자(Quantum)는 더 이상 작게 나눌 수 없는 에너지의 최소단위를 가지는 입자로 광자(光子, Photon), 전자(電子, Electron), 원자(原子, Atom) 등이 있다.

양자의 특성으로는 복제할 수 없는 성질(복제불가), 여러 상태가 확률적으로 하나의 양자에 동시에 존재하며 측정하기 전까지 정확한 양자상태를 알수 없는 성질(중첩성), 양자 상태에 있는 두 개 이상의 입자는 독립적으로 표현될 수 없다는 성질(얽힘현상), 어떤 입자의 정확한 운동량과 위치를 동시에 파악하는 것이 불가능(불확정성), 측정이후 원래의 상태로 환원이 불가능(비가역성) 등이 있다.

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사진=pixabay

양자정보통신은 양자의 물리학적 특성을 정보통신기술에 적용해 정보통신 인프라를 보호할 뿐만 아니라 초고속 대용량 연산 및 초정밀 계측이 가능할 수 있는 차세대 정보통신 기술로 양자암호통신(보안), 양자컴퓨터(연산), 양자응용계측(초정밀계측) 등으로 구분된다.

먼저 양자암호통신은 양자의 특성(중첩성)을 이용해 송·수신자간 원거리통신시 비밀키를 안전하게 전송할 수 있는 암호통신기술로서 정보통신 분야에 응용하면 도·감청이나 해킹을 원천 차단하는 새로운 통신 인프라 구축이 가능하다.

정보 전달 과정에서 누군가 이를 가로채더라도 어떤 정보인지 알아볼 수 없도록 하기 위해서 디지털로 전송되는 정보는 암호화 과정이 필수인데, 현재의 통신 방식은 통신 과정에 누군가 개입하더라도 이를 알아채기가 어렵다. 그러나 양자는 관측하기 전에는 통계적인 상태값만 갖고 있다가 관측하는 순간 최종 상태가 결정되는 특성을 갖기 때문에 송신자와 수신자만의 유일한 암호화 키로 사용하기에 적합하다.

양자암호통신이 상용화되면 통신 과정에 개입해 정보를 탈취하거나 위변조를 시도하는 중간자 공격 문제가 해결될 수 있다. 현재 통신 체계에서도 암호화 키를 만드는데 사용되는 임의의 난수 생성시 양자의 특성을 적용하게 되면 보안을 강화할 수 있다.

즉, 양자역학의 비결정론적인 특징을 이용하여 만들어지는 난수 생성기(Quantum Random NumberGenerator, QRNG)로 모든 IT 기기에 적용할 수 있다면 해킹 불가능한 암호체계를 구현할 수 있을 것이다.

일상생활의 다양한 기기들이 인터넷에 연결돼 정보를 주고받는 사물인터넷(IoT) 시대가 다가옴에 따라 보안 위협도 높아지고 있는 만큼, 관련 시장의 성장 가능성도 높아질 것으로 예상된다.

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사진=pixabay

둘째로 양자컴퓨터은 기술적으로는 양자의 중첩성과 얽힘 현상을 이용하여 다수의 정보를 동시에 연산할 수 있도록 구현된 것으로서 특정 연산에 최적화된 초고속 대용량 계산 기술이다. 즉, 기존 컴퓨터가 0과 1의 2진법을 기반으로 비트(bit) 단위로 연산을 수행했다면, 양자컴퓨터는 0이면서 동시에 1인 상태를 동시에 나타낼 수 있는 양자의 중첩 원리를 이용한 큐비트(qubit)라는 단위를 갖는데, 이런 큐비트가 늘어날수록 상태를 나타낼 수 있는 경우의 수가 많아져 연산 처리량도 기하급수적으로 늘어난다.

특히 최근 빅데이터(BigData) 및 인공지능(AI) 등을 활용하여 한 머신러닝 등의 중요성이 높아질 뿐만 아니라 자율주행차 등도 자체적으로 생산하는 운행 데이터 및 주변에 있는 사물들에 대한 정보를 실시간으로 수집해 처리해야 하는데 보다 빠른 계산 능력을 지능정보 시스템에 접목하게 하는 양자컴퓨팅의 활용성이 높아 질 수 있을 것이다.

세번째로 양자응용계측은 양자상태변화를 이용하여 초정밀 계측을 가능케 하는 기술로서 기존센서대비 정밀도가 10∼1000배로 기존 광학현미경, 자기공명장치(MRI)를 보완/대체가 가능할 것이다.

한편, 미국을 필두로 유럽 각국과 중국, 일본 정부가 투자를 이어왔으며, 최근 인텔, IBM, 구글 등 글로벌 IT 기업들도 양자컴퓨터 연구에 착수하였고 중국 또한 인공위성을 이용한 양자통신에 성공하였다. 우리나라에서도 과학기술정보통신부가 제안한 양자정보통신기술의 산업화를 목적으로 하는 대규모 사업에 대한 논의가 활발하다.

아직 우리나라가 양자암호통신에 대하여 걸음마 단계이지만 SK텔레콤이 양자정보통신을 이용한 암호화 기술 개발에 나서고 있다. SK텔레콤은 2011년 국내에서 처음으로 양자기술연구소(퀀텀테크랩)을 만든 뒤 7년 만에 세계에서 가장 작은, 손톱보다 작은 크기의 초소형 양자난수생성 칩 개발에 성공하였으며, 양자암호통신 관련 칩과 중계기, 광전송 장비 등을 개발하고 있는 것과 동시에 이미 총 5개 구간의 국가시험망을 구축해 운영하고 있다.

정부에서는 양자암호통신 장비 등 핵심기술을 개발하고 주요 국가 통신망에 시범 적용하기 위해 암호모듈인증제도(K-CMVP)를 2019년까지 정비할 예정이며, 보안이 절대 필요한 국가 핵심시설이나 데이터센터 등에 2020년까지 양자암호통신을 시범적용할 예정이다.

기존 정보통신의 한계를 극복할 수 있는 차세대 정보통신기술인 양자정보통신은 ICT와 양자의 융합을 통해 신부가가치를 창출할 수 있는 신산업으로 기대가 증폭되고 있다. 정보통신산업 뿐만 아니라 정보보안이 중요한 국방, 금융 산업을 비롯하여 정밀분석이 필요한 제약·의료산업, 양자 기반 빅데이터 분석 등 양자정보통신은 제4차 산업혁명시대의 핵심기술로 다양한 분야로의 응용범위가 확대될 것으로 기대된다.

이상헌 하이투자증권 애널리스트
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