[보안뉴스]세계 양자 과학자 한자리에... APEC 양자과학기술 포럼 22일 개최

내용 요약

한국은 2025 APEC 개최를 계기로 ‘APEC 양자과학기술 포럼’을 개최하며 양자 R&D를 산업으로 확장하려는 노력을 가속화합니다. 포럼에서는 양자 컴퓨팅, 통신, 센서 등 핵심 양자 기술과 이를 실제 비즈니스에 적용할 수 있는 방안을 논의합니다.
이러한 대화를 통해 한국은 양자 생태계에서 글로벌 리더십을 확보하고, 국가 경쟁력을 강화하려는 전략을 구체화하고 있습니다.

핵심 포인트

• 양자 기술의 산업 전환: 연구 단계에서 상용화 단계로 빠르게 이동하기 위한 정책·산업 협업 방안이 중점적으로 다뤄졌습니다.
• APEC 협력 강화: 아시아 태평양 지역 국가들과의 공동 연구·표준화 협력을 통해 양자 인프라와 생태계를 글로벌하게 연결합니다.
• 보안과 상호 운용성: 양자 키 분배(QKD)와 포스트-양자 암호(PQC)의 융합을 통해 미래 세대 보안 체계를 구축합니다.

기술 세부 내용

1️⃣ Quantum Computing

• 핵심 개념: Qubit(양자 비트)는 0과 1을 동시에 표현할 수 있는 superposition 상태와 양자 얽힘(entanglement)을 이용해 병렬 연산이 가능하다.
• 하드웨어 플랫폼:
  • Superconducting Qubits: IBM, Google 등에서 주로 사용하며, 초전도 회로를 통해 미세 전류가 흐르는 방식을 이용한다.
  • Trapped Ion Qubits: 개별 이온을 전기장에 가두고 레이저를 통해 제어, 매우 낮은 오류율이 특징이다.
  • Photonic Qubits: 빛의 편광, 파장 등을 이용해 빠른 전송 속도를 제공하며, 양자 통신과 연계가 용이하다.
• 소프트웨어: Quantum Circuits와 Quantum Algorithms(예: Shor, Grover)를 설계하는 툴킷이 발전 중이며, Qiskit, Cirq, Pennylane 등이 대표적이다.
• 산업 적용:
  • 재무: 포트폴리오 최적화, 리스크 모델링
  • 제약: 분자 시뮬레이션 및 약물 후보 물질 스크리닝
  • 공정 최적화: 공급망 관리, 로지스틱스 최적화
• 도전 과제:
  • 오류 정정: Surface Codes 등으로 단일 qubit 오류를 다중 qubit 수준에서 보정
  • 스케일링: 10^3~10^4 qubit 수준으로 확장하려면 공정 일관성, 열 관리가 핵심

2️⃣ Quantum Key Distribution (QKD) & Post-Quantum Cryptography (PQC)

• QKD: 양자 얽힘과 불확정성 원리를 이용해 비밀 키를 안전하게 공유.
  • 프로토콜: BB84, E91, Device-Independent QKD 등
  • 실제 구현: 국내에서는 KT, SKT가 2018년부터 실시간 QKD 네트워크를 구축했으며, 한국의 “국가 핵심 보안 인프라”에 포함된다.
  • 전송 거리: 현재 500km 이상까지 실험적으로 증명, 위성 QKD(중국의 Micius)와의 협력을 통해 전 세계적 연결을 기대.
• PQC: 양자 컴퓨터가 고전 암호(예: RSA, ECC)를 무력화할 위험을 대비한 새로운 암호 체계.
  • 주요 표준: NIST PQC 선정 프로세스를 통해 LWE, NTRU, CRYSTALS-Kyber 등이 후보로 선정.
  • 배포 전략: 키 교환은 QKD를, 데이터 암호화는 PQC를 혼합한 하이브리드 모델이 실무에 적용될 가능성.
• 보안 아키텍처: 양자 보안은 다중 레이어(QKD, PQC, 차세대 인증서)로 설계되어, 2030년까지 완전 양자 대비 보안 시스템을 목표로 한다.

3️⃣ Quantum Sensors & Metrology

• Atomic Clocks: optical lattice clock(Sr, Yb)으로 10^-18 수준의 시간 정확도를 달성, GPS와 연계해 초정밀 위치측정에 활용.
• Quantum Magnetometers: NV center(나노플라스틱 내의 흑연 결함)를 이용해 pT 수준의 자기장 측정, 의료 영상(자기장 MRI) 및 지질 탐사에 응용.
• Gravitational Wave Detectors: KAGRA(한국), LIGO, VIRGO와 연계해 양자 진동 감지 기술(光子噪声 감소)을 적용, 신호 대 잡음비 향상.
• Accelerometers & Gyroscopes: Cold Atom Interferometry로 미세 가속도(10^-9 g) 및 각속도(10^-8 °/s) 측정, 자율주행 및 항공우주 분야에서 필요.
• 산업 활용 사례:
  • 원자력 산업: 방사선 감지 및 원자력 설비 안전 모니터링
  • 지질학: 암석 내부 구조와 지진 전조 탐지
  • 제조: 정밀 부품 검사 및 품질 관리

4️⃣ Quantum Simulation & Machine Learning

• Quantum Simulation: 화학 반응, 재료 특성 예측 등 고전 계산이 어려운 정확한 시뮬레이션을 수행.
  • Fermionic Mapping(Jordan-Wigner, Bravyi-Kitaev)과 Trotterization을 통해 실제 분자 시스템 모델링.
  • 분자 스펙트럼 예측을 통해 신약 개발 속도 2~3배 가속화 시도.
• Quantum Machine Learning (QML):
  • Quantum Neural Networks(QNN)와 Variational Quantum Algorithms(VQA)를 결합해 데이터 압축 및 분류 효율을 높임.
  • 핵심 모델: Quantum Principal Component Analysis (qPCA), Quantum Support Vector Machine (qSVM) 등.
• 산업 도입:
  • 금융: 포트폴리오 최적화, 위험 분석
  • 에너지: 전력망 최적화, 에너지 저장 시스템 관리
  • 공정 설계: 재료 혼합비 및 공정 조건 최적화

5️⃣ Quantum Internet & Network Infrastructure

• 핵심 요소:
  • Quantum Repeaters: 중간 지점에서 얽힘 상태를 재생성해 장거리 전송을 가능케 함.
  • Entanglement Swapping: 네트워크 노드 간 얽힘 연결을 통해 대규모 양자 네트워크 구축.
• 한국의 비전:
  • 국가 차원에서 2030년까지 전국 100% QKD 커버리지 달성 목표.
  • APEC 국가들과의 공동 인프라: 중국, 일본, 미국 등과의 상호 연동, 양자 인터넷의 글로벌 스케일링을 추진.
• 응용 시나리오:
  • 보안 통신: 정부, 금융, 의료 데이터 전송
  • 분산 양자 컴퓨팅: 다중 연구 기관이 공동으로 큐비트 자원을 활용해 대규모 시뮬레이션
  • 양자 센서 네트워크: 분산 센서가 수집한 데이터를 실시간으로 통합 분석

앞으로의 전망

• 공정 성능 개선: 2026년 이후 10^3 qubit 수준의 대규모 양자 프로세서가 실용화될 가능성.
• 표준화 노력: ISO/IEC와 IEEE가 양자 통신, 보안, 하드웨어에 대한 국제 표준을 수립, 상용화 장애물 해소.
• 인력 및 교육: 양자 컴퓨터 프로그래밍 교육과 양자 공학 인재 양성 프로그램이 국내외 대학에서 활성화.
• 공공·민간 협업: 정부가 인센티브를 제공해 민간 기업이 양자 스타트업과 협력하도록 유도.

이와 같은 종합적인 전략과 협업이 APEC 양자과학기술 포럼에서 강조되면서, 한국은 양자 기술의 산업 전환을 가속하고, 지역 내에서 보안과 혁신의 선두 주자로 자리매김할 것으로 기대됩니다.

 

출처: http://www.boannews.com/media/view.asp?idx=139853&kind=&sub_kind=