광주과학기술원(GIST) 고등광기술연구원이 한국과 스위스가 공동으로 추진하는 양자과학기술 국제협력 프로그램의 신규 과제에 선정돼 본격적인 연구에 착수했다.

GIST는 스위스 베른대학교, 제네바대학교, 노스웨스턴 응용과학대학교와 함께 ‘QFREE’ 프로젝트를 공동 수행한다고 4일 밝혔다.

이번 과제는 한국 과학기술정보통신부와 스위스 연방교육연구혁신청(SERI)이 공동으로 추진하는 ‘한-스위스 양자과학기술 공동연구 프로그램’의 일환이다.

특히 양자통신, 양자컴퓨팅, 양자센싱 등 차세대 핵심 기술을 중심으로 양국 간 공동연구와 인력 교류를 활성화하게 된다.

아울러 QFREE 프로젝트는 GIST 신우진 수석연구원과 스위스 베른대학교 안드레 스테파노프 교수가 공동 총괄을 맡고, 제네바대학교와 스위스 노스웨스턴 응용과학대학교가 협력기관으로 참여한다.

총연구비는 한국 12억 원, 스위스 14억 원 규모이며, 기간은 4년이다.

이번 연구의 핵심은 성층권 풍선과 드론을 활용해 양자 정보를 장거리로 전송할 수 있는지 실험적으로 검증하는 것이다.

지상에서 성층권을 거쳐 우주로 이어지는 자유공간 양자 네트워크를 구축해, 향후 양자중계기 및 양자위성 기술로 확장할 기반을 마련한다는 목표다.

연구팀은 양자 성질을 지닌 광자에 에너지와 시간 정보를 담아 드론과 풍선을 통해 장거리로 송신하고, 동일한 플랫폼에서 양자광과 일반광의 간섭 특성을 비교하는 세계 최초의 실험적 시도를 진행할 예정이라고 밝혔다.

특히 스위스의 고고도 연구 인프라를 활용해 상공 57km 구간에 고정 링크를 구축하고, 장기 계측을 통해 데이터 안정성과 신호 손실률을 분석할 계획이다.

GIST 관계자는 “스위스의 고고도 연구 인프라와 한국의 정밀 광학 및 추적 기술이 결합하면, 향후 양자 인터넷 실현의 핵심 토대를 마련할 수 있을 것”이라고 말했다.

이어 “이번 연구는 양자·우주 기술 협력의 새로운 전기를 여는 계기가 될 것”라고 덧붙였다.

자유공간 양자통신 기술 개발 협력 [GIST 제공]

한편 양자기술이 점차 통신기술과 융합하면서 미래 초보안 통신 모델로 ‘자유공간 양자통신’이 떠오르는 분위기다.

이는 기존의 광섬유망을 거치지 않고 대기 중 공기를 매개로 양자 정보를 주고받는 방식으로, 관측 행위 자체가 정보를 교란시키기 때문에 양자암호와 같이 도청 시도가 즉시 탐지되는 것이 특징이다.

기존에는 광섬유 등을 통해 유선으로 연결된 경우에만 양자통신이 가능했으나, 이를 대기 중에서 수km 이상 떨어진 지점으로 정확히 전달하겠다는 것이 이번 연구다.

실제로 한국 국방과학연구소(ADD)는 지난 2022년 250m 자유공간에서 얽힌 광자를 송수신하는 데 성공한 바 있으며, 올해는 통신 거리를 2.6km까지 넓히는 데 성공해 자유공간 양자통신의 가능성을 입증하기도 했다.

업계에서는 해당 기술이 더욱 발전하면 궁극적으로 양자 인터넷 역시 가능할 것으로 보고 있다.

양자 인터넷은 양자 얽힘과 양자 중첩을 이용해 큐비트 단위의 정보를 네트워크에서 전송하는 것으로, 절대적인 데이터 보안으로 인해 금융·국방·의료·정부 기관에서 핵심적으로 사용될 것으로 기대받고 있다.

현재 구글, MIT, 중국과학기술대학(USTC) 등이 실험적 양자 인터넷 구현 연구를 진행 중이며, 향후 광섬유·위성·자유공간 통신을 결합한 글로벌 양자 네트워크를 구축하기 위한 시도가 이어질 전망이다.