양자 컴퓨터의 꾸준한 발전과 계속해서 향상되는 성능을 통해, 미래에는 우리의 현재 암호화 과정을 깨는 것이 가능할 것입니다. 이 문제를 해결하기 위해, 뮌헨 공과대학(TUM)의 연구원들은 메시지 감청을 방지하기 위해 물리적인 법칙을 적용할 암호화 방법을 개발하기 위한 국제적인 연구 컨소시엄에 참여하고 있습니다. 장거리 통신을 보호하기 위해, QUICK ³ 우주 미션은 위성을 배치할 것입니다.
인터넷을 통해 전송된 데이터를 의도한 수신자만 읽을 수 있도록 보장하려면 어떻게 해야 합니까?
현재 우리의 데이터는 큰 수의 인수분해가 어려운 작업이라는 생각에 의존하는 수학적 방법으로 암호화되어 있습니다.
그러나 양자 컴퓨터의 성능이 증가함에 따라 이러한 수학적 코드는 미래에 더 이상 안전하지 않을 것입니다.
물리적 법칙에 의한 암호화
양자 통신 시스템 공학 교수인 토비아스 보글은 물리학의 원리에 의존하는 암호화 과정을 연구하고 있습니다.
“보안은 정보가 개별 빛 입자로 인코딩되어 전송되는 것을 기반으로 합니다. 물리 법칙은 이 정보가 추출되거나 복사되는 것을 허용하지 않습니다. 정보가 차단되면 빛 입자의 특성이 바뀝니다. 이러한 상태 변화를 측정할 수 있기 때문에 전송된 데이터를 차단하려는 모든 시도는 미래의 기술 발전과 상관없이 즉시 인식됩니다.”라고 토비아스 보글(Tobias Vogl)은 말합니다.
소위 양자 암호학의 큰 과제는 장거리 데이터 전송에 있습니다.
고전 통신에서 정보는 많은 빛 입자에 부호화되어 광섬유를 통해 전송됩니다.
그러나 단일 입자의 정보는 복사할 수 없습니다.
따라서 광 신호는 기존 광섬유 전송과 마찬가지로 반복적으로 증폭될 수 없습니다.
이렇게 하면 정보 전송 거리가 수백 킬로미터로 제한됩니다.
다른 도시나 대륙에 정보를 보내기 위해 대기의 구조를 사용할 것입니다.
약 10km 이상의 고도에서는 대기가 매우 희박하여 빛이 산란되지도 흡수되지도 않습니다.
이것은 양자 통신을 더 먼 거리로 확장하기 위해 위성을 사용하는 것을 가능하게 할 것입니다.
양자 통신용 위성
QUICK ³ 임무의 일환으로, 토비아스 보글과 그의 팀은 양자 통신을 위한 위성을 만드는 데 필요한 모든 구성 요소를 포함한 전체 시스템을 개발하고 있습니다.
첫 번째 단계에서 연구팀은 각 위성 구성 요소를 테스트했습니다.
다음 단계는 우주에서 전체 시스템을 테스트하는 것입니다.
연구원들은 이 기술이 우주 조건을 견딜 수 있는지와 개별 시스템 구성 요소가 어떻게 상호 작용하는지 조사할 예정입니다.
위성 발사는 2025년으로 예정되어 있습니다. 그러나 양자 통신을 위한 가장 중요한 네트워크를 만들기 위해서는 수백 또는 수천 개의 위성이 필요할 것입니다.
암호화를 위한 하이브리드 네트워크
이 방법을 사용하면 모든 정보를 전송할 필요가 없는데, 그 개념은 매우 복잡하고 비용도 많이 듭니다. 데이터를 물리적 또는 수학적으로 암호화할 수 있는 하이브리드 네트워크를 구현할 수 있다고 생각할 수 있습니다. 안토니아 바처제 코딩 및 암호학 교수는 양자 컴퓨터도 풀 수 없을 만큼 충분히 복잡한 알고리즘을 개발하기 위해 노력하고 있습니다. 미래에는 여전히 대부분의 정보를 수학적 알고리즘으로 암호화하는 것만으로도 충분할 것입니다. 양자 암호학은 특별한 보호가 필요한 문서, 예를 들어 은행 간 통신에서만 사용할 수 있는 옵션이 될 것입니다.