인터넷 보안을 향상시켜줄 양자 조향

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-01-15

호주 그리피스대(Griffith University)에서 수행되고 있는 연구 덕분에 인터넷을 통한 정보전달의 보안성이 크게 향상될지도 모른다. 온라인 저널 ‘Nature Communications’에 발표된 한 논문에서, 그리피스대 양자동역학센터(Centre for Quantum Dynamics)의 물리학자들이 장거리 데이터 보안을 향상시켜 해커와 도청자를 저지하고 통신 장치의 신뢰성 문제를 해결하는데 이용될 ‘양자 조향(quantum steering)’의 가능성을 증명했다. “양자 물리학은 절대적으로 안전한 정보 전송이 가능함을 약속하며, 인터넷을 통해 전송되는 신용카드의 상세한 내용이나 그 밖의 사적인 데이터들을 해커로부터 완벽하게 차단할 수 있을 것”이라고 이번 프로젝트의 책임교수인 제프 프라이드(Geoff Pryde)는 말했다. “임의의 두 당사자들 사이에서 그처럼 완벽하게 안전한 장거리 통신도 이상적인 세계에서는 간단하다. 그들은 광자라는 빛 입자와 같은 강하게 얽힌 양자 시스템들을 공유하여 완전히 임의적이고 해독될 수 없는 암호를 발생시킬 수 있을 것이다. 불행하게도 실제 세계에서는 전송손실과 검출손실로 인해서 두 당사자들이 먼 거리에 걸쳐서 충분히 강한 얽힘을 공유할 수 없다. 광자들이 통신망을 통해 이동하는 과정에서 일부가 손실되어 다른 사람이 그들의 암호를 공격할 허점이 생긴다”고 그는 말했다. 그리피스대 연구진이 초점을 맞추고 있는 보완책은 양자 조향이다. 양자 조향 기술에서는 한 당사자의 양자 시스템에 대한 측정으로 인해서 다른 당사자의 시스템이 변화되어 방향이 바뀌게 된다. 양자 조향은 얽힘의 형태가 약하면 약할수록 더 큰 실세계의 손실을 견디고 장치의 절대적인 신뢰성에 대한 필요성을 제거하면서 통신 보안을 유지하도록 역설적으로 작동한다고 프라이드 교수는 말했다. “양자 얽힘은 안전한 보안통신을 위한 훌륭한 자원이지만, 임의의 도청자들의 접근이 확실히 차단되었는지를 확인해야 한다”고 그는 말했다. “우리의 새 기술은 통신장치에 대해 어떠한 신뢰성도 요구하지 않으면서 그 일을 한다. 그리고 일반적인 방법들로는 할 수 없는 장거리 시나리오에서도 이 기술은 효과가 있다”고 그는 말했다. 그리피스 연구팀은 암호 전송의 매 단계마다 측정 기구를 프로그래밍하기 위해서 특수한 광자 양자 상태를 이용하였다. 미시적인 입자의 위치와 속도를 동시에 확신할 수 없다는 ‘하이젠베르그(Heisenberg)의 불확정성 원리’로 인해서, 비록 해커가 기구를 해킹하더라도 그 해커는 이러한 양자상태를 신뢰성 있게 측정할 수 없으며, 이것은 그 기구가 여전히 안전하게 이용될 수 있음을 의미한다. 실험적 증명에서는, 두 당사자들을 나타내는 측정 장치들이 제작되어 양자 광원으로부터 나온 얽힌 광자들을 수신했다. 심판을 나타내는 또 다른 광원은 한 기구를 프로그래밍하기 위한 양자 상태들을 마련하는데 사용되었다. 이 프로토콜이 여러 차례에 걸쳐 수행된 뒤에는, 심판이 양 당사자들의 측정결과를 이용하여 전정한 양자 조향인지에 대한 수학 검사를 수행할 수 있었다. 이 수학 검사는 그리피스대의 이론물리학자인 마이클 홀(Michael Hall) 박사가 만들었다. “양자심판이 있는 조향 프로토콜은 측정 장치의 신뢰성을 요구하지 않는다는 점에서 강한 얽힘에 대한 검사에도 적합할 수 있고, 잡음에 강하다는 더 큰 장점도 갖고 있다는 것을 연구팀이 증명했다”고 홀 박사는 말했다. 완전히 안전한 양자 암호의 증명에 이 기술을 이용하기를 연구진은 바라고 있다. experimental apparatus.PNG http://www.photonicsonline.com/doc/doing-more-with-less-steering-a-quantum-path-to-improved-internet-security-0001