“해킹, 꿈도 꾸지 마!”… 우주는 지금 ‘양자통신 전쟁’ 중 (물리 김윤호 교수)

중국이 6월 발사할 계획인 ‘양자통신실험위성(QUESS)’ 개념도(맨 위). 무선 양자통신용 실험위성을 발사하는 건 중국이 세계에서 처음이다. 미국항공우주국(NASA)은 ‘제이슨 2호’ 등 위성 5기를 양자통신에 활용하고 있는 것으로 알려졌다(오른쪽). 중국 국립우주과학센터(NSSC)·미국항공우주국(NASA) 제공

올해 초 허페이(合肥) 중국과학기술대 물리학자인 판젠웨이 교수는 중국 정부가 주는 최고 과학상을 받았다. 판 교수의 수상 이유는 양자과학에 대한 공로. 그는 6월 중국이 세계 최초로 발사하는 ‘양자통신실험위성(QUESS)’ 프로젝트 책임자다.
판 교수는 최근 ‘네이처’와의 인터뷰에서 “지상에서 1200km 떨어진 거리에서 위성을 이용한 무선 양자통신을 시험할 계획”이라고 밝혔다. 지금까지 최장 기록은 2007년 독일의 144km다. 중국이 양자통신 시험 위성 발사를 예고하면서 우주에서는 세계 각국의 보이지 않는 ‘양자통신 전쟁’이 한층 치열해질 것으로 전망된다.

○ 中 “1200km 최장 거리 양자통신 시험”

양자통신은 큰 차에 한꺼번에 실어 전달했던 정보를 작은 차 여러 대에 나눠 전달하는 방식으로 볼 수 있다. 가장 작은 물리량인 양자(광자)의 물리적인 특성을 활용해 정보를 암호화해 전달한다.
양자 암호는 무작위로 생성되고 딱 한 번만 읽을 수 있기 때문에 이를 공유하는 송신자와 수신자 외에는 정보를 정확히 읽을 수 없다. 만에 하나 외부에서 해킹을 시도할 경우 양자 상태가 흐트러지면서 정보가 깨지고 해킹 시도는 바로 발각된다. 이런 특징 덕분에 양자통신은 복제와 감청이 원천적으로 불가능한 차세대 통신 기술로 꼽힌다.
양자통신 중에서도 광섬유를 이용하는 유선 양자통신보다는 위성을 이용하는 무선 양자통신이 훨씬 안전하다. 선이 파괴될 염려가 없고 이동성도 갖추고 있다. 무선 양자통신의 선구자는 미국이다. 1998년 미국 로스앨러모스 국립연구소가 지상1km에서 세계 최초로 무선 양자통신을 성공시켰고, 2002년 거리를 10km로 늘렸다.
하지만 독일과 중국 등 후발 주자들의 추격이 곧바로 이어졌다. 2005년 독일 하이델베르크대는 중국 연구진과 공동으로 13km로 미국의 기록을 앞질렀고, 2007년 독일 막스플랑크연구소는 144km 거리에서 무선 통신에 성공하면서 미국을 무색하게 만들었다. 중국은 2013년 독자적으로96km 통신에 성공해 ‘네이처 포토닉스’에 발표했다.
이번에 중국이 양자통신 실험 위성을 쏘아 올리면 중국은 양자통신 경쟁에서 선두로 치고 나가게 된다.이 위성은 2년간 지상 600km에서 90분마다 한 바퀴씩 지구를 돌며 지상국과 위성 간 장거리 양자통신을 시도한다.지상국에서 레이저로 보낸 양자 정보를 반사시켜 다른 지상국으로 보내고, 양자 암호도 직접 생성하도록 설계됐다.
미국은 2012년 소형 위성에 적용할 수 있는 양자통신 기술을 발표했지만 이후 보안상의 이유로 비공개로 전환했다. 현재는 2008년 발사된 ‘제이슨 2호’ 등 위성 5기가 지상에서 보낸 양자 정보를 반사해 지상으로 되돌려 보내는 역할을 한다는 정도만 알려져 있다. 유럽우주국(ESA)은 201 8년 발사를 목표로 지난해 양자통신 위성 ‘유텔샛 퀀텀’ 제작에 착수했다.

○ 韓, 양자통신 연구 걸음마 단계

국내에서는 양자통신이 아직 유선 연구 수준에 머물러 있다. 김윤호 포스텍(포항공대) 물리학과 교수는 “무선 양자통신은 지상에서 거리를 늘려 가며 시험한 뒤 위성을 쏘아 올려 우주에서 실험하는 게 일반적”이라며 “국내에는 지상 시험을 진행할 만큼 길고 탁 트인 장소를 찾기 어렵고 비용도 만만치 않아 아직 시도하지 못하고 있다”고 말했다.
전문가들은 향후 기술 종속을 막기 위해서라도 무선 양자통신 기술 개발에 뛰어들어야 한다고 지적한다.최병수 한국전자통신연구원 양자창의연구실장은 “기존 위성 통신이 당장은 큰 문제가 되지 않겠지만 앞으로 양자 컴퓨터가 개발되면 양자 암호를 사용하지 않고는 보안에 위협이 될 수 있다”며 “무선 양자통신은 국방과 직결되는 기술인 만큼 국가 간 기술이전이 어렵다”고 말했다.
일본은 국립정보통신기술연구소(NICT) 주도로 2020년까지 유선 양자통신 기술을 상용화하고, 2040년까지 위성을 이용한 무선 양자통신 네트워크를 구축할 계획을 세웠다.

송경은 동아사이언스 기자 kyungeun@donga.com