네이처 제공
현재 사용하는 인터넷은 디지털 정보를 빛의 속도로 순식간에 주고 받지만 복제와 해킹 위험이 상존하고 있다. 과학자들은 해킹 위험이 없을뿐 아니라 정보를 거리에 관계없이 전송하는 양자통신 기술을 개발하고 있다. 지금의 통신망을 대체할 꿈의 통신인 양자 네트워크를 구축하려는 것이다.
국제학술지 ‘네이처’는 작년 12월 13일 여러 사람이 뫼비우스띠를 사이에 두고 서로 연결돼 있음을 연상케 하는 그림을 표지에 실었다. 양자의 특성을 표현할 때 자주 사용되는 뫼비우스띠를 이용해 양자 암호키를 통해 여러 사람이 네트워크로 연결된 모습을 표현한 것이다
기존의 양자암호를 이용한 원격전송기술은 일대 일로 두 사용자간에 정보를 주고 받는 수준이었다. 호주 양자광학및양자정보연구소 연구진은 양자얽힘 상태를 이루고 있는 단일 양자를 4명의 사용자가 동시에 주고받게 하는데 성공했다. 다자간의 네트워크 통신망을 연결하는 발판을 마련한 것이다.
양자 암호를 이용한 원격 전송기술은 ‘양자 중첩’과 ‘양자 얽힘’ 등 두 가지 특성에 근거를 두고 있다. 양자는 디지털 컴퓨터처럼 0과 1이란 정보 외에도 두 가지 성질이 모두 있는 정보를 담을 수 있다. ‘양자 중첩’이라는 독특한 성질 때문이다. 양자암호통신이 해킹에서 자유로운 건 광자 하나에 정보를 담고 있어 중간에 광자를 몰래 탈취해도 수신자는 금방 암호가 깨진 사실을 알 수 있는 구조이기 때문이다.
일반 광케이블을 이용하는 유선 양자통신 기술도 개발되고 있다. 하지만 연구자들의 궁극적인 목표는 양자 얽힘의 특성까지 완벽하게 구현해 무선 양자 네트워크를 구현하는 것이다. 양자얽힘은 양자가 서로의 상태를 완벽하게 공유하는 것을 말한다. 하나의 양자가 일정거리 이상 떨어진 곳에 다른 양자와 양자 얽힘으로 엮이게 되면 그 정보를 순식간에 전달할 수 있다. 이런 특성은 종종 뫼비우스의 띠에 비유해 설명되곤 한다.
미국과 유럽 과학자들은 약 140㎞ 떨어진 거리에서, 중국은 양자통신 실험위성 ‘무쯔(墨子)호’를 이용해 지난 1월 중국 베이징 동북부 싱룽과 7600㎞가량 떨어진 오스트리아 빈 남쪽 그라츠를 잇는 대륙 간 양자암호통신에 성공했다. 더 먼 거리에서 두 양자 사이의 얽힘 상태를 구현하는 기술이 속속 발전하고 있다.
쉐렌 베르노프스키 호주 양자광학및양자정보연구소 연구원은 “양자 네트워크를 구현하려면 더 멀리 떨어진 거리에서 양자얽힘 상태를 만드는 것과 함께 동시에 여러 곳에서 양자얽힘을 만들어 내는 것도 중요하다”며 “이번에 네 곳에서 동시에 얽힘을 만드는데 성공했다”고 말했다. 그는 “이를 확장해 현실적인 양자 네트워크 기술을 구현하기 위한 연구를 지속할 것”이라고 덧붙였다.
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