양자통신의 특징과 기술요소

JAKO201511059258741.pdf (koreascience.or.kr)

ㅇ 양자통신의 정의: 양자상태에 담겨있는 정보를 송신 측에서 수신측까지 전달하는 과정을 말함
   - 양자통신은 0,1의 정보일수도 있고, 0과 1이 중첩된 정보일 수 있슴

ㅇ 양자통신의 특징:
   - 기존 통신과 달리 도청이 있을 경우, 수신측에서 이를 확인할 수 있음
     이를 이용하여 암호통신의 키분배에 활용할 수 있다.
   - 중첩된 정보를 처리하는 양자의 특성을 이용해 빠른 연산을 구현하는 양자 컴퓨터를 구현할 수 있음

ㅇ 주요 응용 기술
   1) 암호키분배
     - 주요응용: 양자를 도청하면 편광배열이 변경되어 도청이 불가능함
     - 동작과정
       ㅇ 송신자가 랜덤비트를 정하고 임의선택된 편광배열로 편광하여 송신
       ㅇ 수신자는 수신한 양자를 잔신이 임의선택한 편광배열로 편광하여 송신자에게 편광광자값과 편광배열을 송신
       ㅇ 송신자는 자기가 전달한 랜덤비트와 수신자가 편광배열을 수신자의 편광광자값을 이용해 정보 전송 상태 검증
       ㅇ 이 후 양자채널의 잡음 등으로 정상 손실된 비트를 수정하고 동일한 비밀키를 나누기 위해 후처리 과정 진행
       ㅇ 송신자는 동일 비밀키를 나누기 위해 일정 수열을 편광하여 송부하고 수신자는 수신한 광자의 정보와 편광판
          정보를 송신자에게 송부하고 송신자도 해당위치의 편광정보를 수신자에게 알려준다. 다음과정으로 동일한
          편광판 정보를 사용한 정보만 모은 후 정보의 일부를 공개하여 정보의 정합성을 검증한다. 이 후 공개하지 않은
          나머지 정보를 비밀키로 사용함.
         오류와 도청을 감지하기 위해 허용가능한 최대 오류확률을 정하고 범위를 넘어서는 경우 해당키는 사용 않함.
      2) 후 처리 과정
        ㅇ 정보보정: 송수신자 사이의 정보 불일치를 해소하여 동일한 정보를 가질 수 있게 만들어 주는 과정, 즉 수신자 
           정보의 오류를 정정하는 과정임
        ㅇ 비밀성증폭:  도청자가 가지는 정보와 암호키 정보 사이에 존재하는 상관관계를 낮추는 과정, 해시등 활용
        ㅇ 인증: 중간자 공격을 막기위하여 미리 약속한 해시 값을 이용해 암호키를 해시하여 송신자를 인증
     3) 양자통신 관련 기술
        ㅇ 양자 컴퓨터: 단일상태의 0,1이 아니라 0,1의 중첩 상태를 가지는 큐비트를 이용하여 처리함으로서, 비트수가
            증가하면 연산 가능 공간이 지수적으로 증가하는 성질로 양자 병렬 처리가 가능하고 연산속도가
            급속하게 증가함
            기존 컴퓨터를 대체하기보다는 경우의 수를 계산하는 방식에 유리하여 암호학의 공개키 암호 방식을 위협하고
            있음
        ㅇ 양자 오류 정정 부호
            오류를 쉽게 정정하기 위해서는 양자 복사가 필요하나 양자는 복사가 불가능함, 이에따라 추가 큐비트를
            제공함(패리티비트처럼)으로써 양자 오류를 정정함
        ㅇ 양자 난수 발생기
            양자 역학적 성질을 이용하여 의사 난수가 아닌 순수 난수를 발생하는 것이 가능함, 그 중의 한 방법으로 빔 
            스플리터를 통과하는 임의성을 기준의 난수를 발생함. 일반적으로는 반도체의 양자효과나, 원사핵의 방사성
            붕괴를 이용하여 양자 난수를 발생하기도 함
        ㅇ 양자 라이더
             라이더는 레이더에서 전자기파 대신 레이저를 사용한것을 의미하며, 양자 라이더는 레이저 대신 광자를
             이용하여 빠르고 고해상도와 고효율의 단위 측정이 가능함