국내 연구진이 양자컴퓨터 등 양자정보 분야에서 활용할 수 있는 새로운 양자상태를 발견했습니다.

29일 과학기술정보통신부(과기정통부)는 "국내 연구진이 최근 삼각격자 구조 자성 반데르발스 물질(CoI2)에서 양자물질 상태를 일으키는 키타에프 상호작용이 존재함을 확인하고 '키타에프 모델'을 실험적으로 구현하는 데 성공했다"라고 밝혔는데요. 과기정통부 기초연구사업(리더연구) 지원으로 수행된 이번 연구는 서울대학교 박제근 교수 연구팀과 이화여자대학교 김성진 교수 연구팀 등의 협력으로 진행됐습니다.

그동안 국내·외 많은 연구자들은 벌집 구조 물질을 이용해 키타에프 모델을 구현하는 데에 그쳤는데, 국내 연구진이 이번 연구를 통해 세계 최초로 2차원 삼각격자에서의 키타에프 모델 구현에 성공했습니다. 키타에프 모델은 양자 시스템에서 가장 낮은 에너지 준위를 가지는 '바닥 상태'를 해석적으로 구할 수 있어 오류 없는 양자 컴퓨터에 활용할 수 있는 것으로 알려져 있습니다.

연구팀은 자성 물질인 CoI2(아이오딘화 코발트)에 대해 연구하던 중 기존에 사용하고 있던 물질 니켈(Ni)을 코발트(Co)로 치환할 경우 키타에프 모델이 구현되는 여러 가지 조건을 만족한다는 것을 확인한 뒤, 비탄성 중성자 산란 실험을 통해 이 물질의 스핀파가 전반적인 운동량 공간에 걸친 강한 붕괴를 가지고 있음을 발견했습니다. 연구진에 따르면 이는 비공선형 자기 구조와 키타에프 상호작용의 시너지에 의한 양자 효과로 볼 수 있습니다.

이번 연구는 향후 양자 정보 분야에서 높은 활용이 기대되고 있습니다. 박제근 교수는 "2차원 물질에서 양자 얽힘이 있는 양자상태를 발견하는 것은 매우 중요하다"라며 "우리 연구진이 개척해서 세계적으로 중요한 연구 분야로 자리매김한 자성 반데르발스 물질 분야에서 양자 얽힘이 중요한 양자상태를 발견하여 또다시 선도적인 연구 성과를 내서 이 분야를 주도했다"라고 강조했습니다.

한편, 양자 물질 상태 및 키타에프 모델을 새로운 삼각격자에 구현하는 새로운 돌파구를 제시한 이번 연구 성과는 이날 물리 분야 세계 학술지인 네이처 피직스(Nature Physics)에 게재됐습니다.

최근 국내 연구진이 양자컴퓨터에 활용할 수 있는 양자 물질을 발견하고 새로운 양자 모델을 구현하는 성과를 거두면서 양자 기술 상용화에 대한 기대감이 크게 증가하고 있습니다. 이러한 가운데 양자암호통신이 현재보다 강력한 보안 기능을 갖춘 인프라 수행에 필수적인 역할을 할 것으로 기대되면서 주목받고 있습니다.

양자암호통신은 빛 알갱이를 이용해 더 이상 쪼갤 수 없는 '양자(퀀텀)'를 생성해 송신자와 수신자 간 해독이 가능한 암호 키를 만들어서 해킹을 막는 기술인데요. 해킹이 시도되면 암호 키 자체가 손상돼 내용을 알 수 없도록 만들기 때문에 도청·해킹 등의 공격으로부터 안전하며, 운송용 IoT 해킹 범죄를 원천 차단할 수 있는 핵심 기술로 부각 받고 있습니다.

29일 관련 업계에 따르면 현재 국내 통신사 중 SK텔레콤(SKT)이 가장 적극적으로 양자암호통신 개발에 참여하고 있는 것으로 알려져 있습니다. SKT는 2011년부터 양자암호통신 기술에 투자하면서 양자암호키분배(QKD)와 양자난수생성기(QRNG) 개발에 전념해 왔으며, 이를 바탕으로 2016년 상용 LTE망과 2019년 서울~대전 구간 5G 망에 양자키분배기 적용에 성공했습니다. 또한 지난 2018년에는 양자암호통신 세계 1위 기업인 스위스 IDQ를 인수하기도 했습니다.

현재는 양자암호와 양자내성암호를 통합해 관리하는 솔루션 연구를 진행 중인 동시에, 양자보안통신 표준 개발 작업도 추진하고 있습니다. 아울러 SKT는 미국, 유럽, 싱가포르 등 글로벌 시장에서 양자암호통신 구축 사업을 연이어 수주하는 등 글로벌 무대에서도 양자 기술력을 인정받고 있습니다.

하민용 SKT 최고사업개발책임자(CDO)는 "SKT는 국가대표 양자 기업으로서, 양자 암호 통신 관련 연구와 사업을 통해 글로벌 양자 암호 시장을 선도할 것"이라고 밝혔습니다.

한편, 양자암호통신 글로벌 시장 규모는 2022년 이후 연평균 39.8% 성장해 2030년에는 24조 5,793억원 규모로 빠르게 성장할 것으로 전망되고 있습니다.