초고속 QRNG와 SPAD 양자 기술

1. 요약

• 이 리포트는 SK텔레콤이 양자암호통신 기술 개발을 통해 이룬 투자와 성과를 상세히 다룹니다. 주요 주제는 초고속 양자난수생성기(QRNG)와 고성능 소형 단일광자검출기(SPAD) 개발, 신규 QKD 프로토콜 도입, 그리고 양자팹 구축과 같은 다양한 혁신적 시도입니다. SK텔레콤의 글로벌 리더십을 확보하기 위해 KAIST, IDQ코리아와 같은 산학연 협력체와의 파트너십이 강조되며, 이를 통해 양자암호통신 시장에서의 경쟁력을 강화하고 있습니다. 전체적으로, 이 리포트는 SK텔레콤이 어떻게 차세대 양자암호통신 기술을 확보하여 글로벌 시장에서의 위치를 강화하고 있는지에 대한 통찰을 제공합니다.

2. 초고속 양자난수생성기(QRNG) 및 고성능 소형 단일광자검출기(SPAD) 개발

• 2-1. QRNG 개발 배경 및 목적

• SK텔레콤(SKT)은 초고속 양자난수생성기(QRNG) 개발을 통해 기존 유선 양자키분배(QKD) 기술을 무선 및 위성 분야로 확장하고 글로벌 양자 기술 리더십을 높이기 위한 기반을 마련하고자 합니다.

• 2-2. SPAD의 기능 및 중요성

• 고성능 소형 단일광자검출기(SPAD)는 QKD 시스템의 핵심 구성 요소로, 높은 민감도와 짧은 응답 시간을 자랑하여 양자통신의 안전성과 효율성을 높이는 데 기여합니다. SKT는 이 기술의 확보를 통해 차세대 양자암호통신에 대한 기반을 강화하고 있습니다.

• 2-3. 지금까지의 성과와 향후 계획

• 현재 SKT는 QRNG와 SPAD 개발을 통해 다양한 양자 기반 기술을 확보하고 있으며, KAIST와 협력하여 양자팹을 구축하는 프로젝트에도 참여하고 있습니다. 양자팹은 2031년까지 KAIST 내에 구축되어 광집적회로 모듈을 개발할 계획입니다. 또한 SKT는 IDQ코리아와 함께 QKD 시스템을 위한 채널 단일화 작업에도 참여하고 있습니다. 이와 같은 산학연 협력을 통해 SKT는 양자암호통신 시장에서의 경쟁력을 높이는 활동을 지속적으로 진행할 예정입니다.

3. 신규 QKD 프로토콜 구현 및 기술 확보

• 3-1. QKD 프로토콜 및 기술 개요

• SK텔레콤은 초고속 양자난수생성기(QRNG), 고성능 소형 단일광자검출기(SPAD), 신규 QKD 프로토콜 구현 등 QKD와 관련된 다양한 핵심 기술을 확보하고 있습니다. 이러한 기술들은 SK텔레콤이 2011년부터 쌓아온 세계 최고 수준의 유선 QKD 기술력을 바탕으로 하여, 무선 및 위성 QKD 분야로의 확대를 목표로 하고 있습니다.

• 3-2. 무선 및 위성 QKD로의 확대

• SK텔레콤은 현재 QKD를 위해 필요한 두 개의 네트워크 채널, 즉 양자 채널과 데이터 채널을 하나로 통합하는 QKD WDM(Wavelength Division Multiplexing, 파장다중화) 기술 개발을 진행 중입니다. 이는 무선 및 위성 QKD 기술로의 발전을 위한 중요한 기술적 기반이 되고 있습니다.

• 3-3. 기술적 차별성과 경쟁력

• SK텔레콤은 QKD 기술과 활용도가 높은 PQC(양자내성암호) 기술을 상호보완적으로 결합하는 작업을 추진하고 있으며, 하이브리드 방식으로 개발된 통합 솔루션은 보안 수준과 네트워크 환경, 비용 등 사용자의 다양한 요구사항을 충족할 수 있도록 설계되고 있습니다. SK텔레콤은 또한 양자 기업들의 연합체 ‘엑스퀀텀’의 멤버사와의 협력을 통해 다양한 차세대 양자암호통신 기술의 확보와 QKD 시스템의 소형화 및 구축 비용 절감을 목표로 하고 있습니다.

4. 양자팹 구축 사업 및 산학연 협력

• 4-1. KAIST와의 양자팹 구축 협력

• SK텔레콤(SKT)은 KAIST 주도로 진행되는 양자팹 구축 사업에 참여하고 있습니다. 양자팹은 양자역학 기반의 반도체 소재를 개발하기 위한 공정 팹 시설로, 오는 2031년까지 KAIST 내에서 2500㎡ 규모로 구축될 예정입니다. SKT는 이 양자팹에서 양자 QKD에 사용되는 광집적회로 모듈 개발에 나설 것입니다.

• 4-2. 산학연 협력의 중요성 및 목표

• SKT는 다양한 차세대 양자암호통신 기술을 확보하고 QKD 시스템의 소형화 및 구축 비용 절감을 위한 산학연 협력의 중요성을 강조하고 있습니다. 이 협력을 통해 양자암호통신 시장에서의 경쟁력을 높이고 저변을 넓히는 것을 목표로 하고 있습니다.

• 4-3. 산학연 협력을 통한 성과

• 산학연 협력을 통해 SKT는 다양한 핵심 기술 확보에 나서고 있습니다. 특히 초고속 양자난수생성기(QRNG), 고성능 소형 단일광자검출기(SPAD) 등을 포함한 QKD 관련 기술을 발전시키고 있으며, IDQ코리아와 협력하여 양자암호통신 네트워크 채널 단일화 사업에도 참여하고 있습니다. 이를 통해 통합 솔루션의 개발과 보안 수준을 높이는 등의 성과가 기대되고 있습니다.

5. QKD WDM 기술 개발과 양자암호통신 네트워크 채널 단일화

• 5-1. QKD WDM 기술 개요

• QKD WDM(Wavelength Division Multiplexing, 파장다중화) 기술은 양자 채널과 데이터 채널을 하나로 통합하여 QKD(Quantum Key Distribution) 시스템의 성능을 향상시키는 기술입니다. 이는 두 개의 네트워크 채널을 통합함으로써 양자암호통신의 효율성을 높이며, 동시에 구축 비용 절감 및 시스템 소형화를 가능합니다. 이러한 기술은 글로벌 양자기술 리더십을 확보하는 데 중요한 역할을 합니다.

• 5-2. 양자암호통신 네트워크 채널 통합의 필요성

• 양자암호통신 네트워크에서 양자 채널과 데이터 채널의 통합은 여러 가지 필요성에 의해 지지되고 있습니다. 첫째, 이러한 통합은 QKD 시스템의 구조를 간소화하여 효율성을 높이는 데 기여합니다. 둘째, 통합된 채널을 통해 자원의 최적화와 시스템 비용 절감이 가능해집니다. 이러한 이유로 SK텔레콤은 효과적인 양자암호통신 구현을 위해 채널 단일화에 대한 연구 및 개발에 적극 참여하고 있습니다.

• 5-3. 현재 진행 상황 및 기대 효과

• 현재 SK텔레콤은 QKD WDM 기술 개발 진행 중이며, 이를 위해 산학연 협력을 통한 다양한 차세대 양자암호통신 기술 확보에 집중하고 있습니다. 또한, QKD 시스템의 소형화 및 구축 비용 절감도 추진하고 있습니다. SK텔레콤은 QKD 기술과 함께 PQC(양자내성암호) 기술을 접목하여 보안성 향상 및 시장 경쟁력을 강화할 계획을 세우고 있습니다. 이러한 개발은 SK텔레콤이 글로벌 양자 기술 리더십을 확보하는 데 기여할 것입니다.

6. PQC와 QKD의 하이브리드 결합

• 6-1. PQC 기술과 QKD 기술의 특성

• 양자내성암호(PQC) 기술은 양자 컴퓨터에 의한 공격에 강한 암호 체계를 제공합니다. 이는 미래의 양자 컴퓨터에 대비한 보안 기술로, 특히 모바일 및 IoT 환경에서 응용 가능성이 높습니다. 반면, 양자키 분배(QKD) 기술은 양자 역학의 원리를 이용하여 두 사용자 간에 안전한 암호 키를 분배하는 방법으로, 현재 가장 뛰어난 보안성을 제공하는 기술로 인정받고 있습니다.

• 6-2. 하이브리드 결합의 필요성 및 배경

• 양자암호통신의 보안성을 강화하기 위해 PQC와 QKD의 하이브리드 결합이 필요합니다. 이렇게 함으로써 기존의 암호 기술과 양자 기술 간의 상호보완적 성격을 활용하여, 다양한 사용자 요구사항을 충족할 수 있습니다. SK텔레콤은 이러한 결합을 통해 QKD 시스템의 소형화 및 구축 비용 절감을 달성하고, 양자암호통신 시장의 경쟁력을 높일 계획입니다.

• 6-3. 통합 솔루션 개발 현황

• 현재 SK텔레콤은 IDQ와 협력하여 PQC와 QKD 기술의 하이브리드 결합 솔루션을 개발 중에 있습니다. 이 통합 솔루션은 보안 수준, 네트워크 환경, 비용 등을 사용자에 맞춰 최적화된 해결책을 제공하고자 하며, 양자암호칩 ‘Q-HSM’ 제품을 출시하여 퀀텀코리아 2024 전시회에서 공개한 바 있습니다. 또한, KAIST 주도의 양자팹 구축 사업에도 참여하여 광집적회로 모듈 개발을 진행하고 있습니다.

7. 양자암호칩 'Q-HSM'과 전시회 활동

• 7-1. Q-HSM 제품 소개

• SK텔레콤은 소프트웨어 기반의 양자내성암호(PQC) 암호통신기술과 하드웨어 기반의 초고속 양자난수생성기(QRNG), 물리적복제방지(PUF) 기술을 동시에 탑재한 양자암호칩 'Q-HSM' 제품을 출시하였습니다. 'Q-HSM'은 세계 최고 수준의 보안성을 제공하는 QKD 기술과 활용도가 높은 PQC 기술을 결합한 통합 솔루션으로, 사용자 요구사항을 충족할 수 있도록 설계되었습니다.

• 7-2. 퀀텀코리아 2024 전시회 내용

• SK텔레콤은 지난 6월 열린 '퀀텀코리아 2024' 전시회에서 'Q-HSM' 제품을 공개했습니다. 이 전시회는 양자 기술의 발전을 공유하고 관련 생태계를 활성화하기 위한 자리로, SK텔레콤은 이 행사에서 자사의 다양한 양자 기술을 소개하며 글로벌 기술 리더십을 확보하겠다는 목표를 강조하였습니다.

• 7-3. SK텔레콤의 양자기술 공개 및 의의

• SK텔레콤은 양자암호통신 시스템 개발을 위해 KAIST가 주도하는 양자팹 구축 사업에 참여하고 있으며, 양자채널과 데이터채널의 통합을 목표로 하는 QKD WDM(Wavelength Division Multiplexing) 기술 개발에도 ETRI 등과 협력하고 있습니다. 이러한 노력은 SK텔레콤이 다양한 차세대 양자암호통신 기술을 확보하고, QKD 시스템의 소형화 및 구축 비용 절감 등을 통해 경쟁력을 높이려는 전략의 일환입니다. 또한, 하민용 SK텔레콤 글로벌솔루션오피스 담당(CDO)은 '유무선 및 위성 네트워크를 포함한 ICT 전영역에 QKD와 PQC를 상호보완적으로 적용하여 기술 리더십을 확보하고 글로벌 양자암호통신 시장을 이끌겠다'는 포부를 밝혔습니다.

8. 글로벌 양자 기술 리더십 확보 및 시장 경쟁력 강화

• 8-1. 양자기술 리더십의 중요성

• 양자기술의 리더십 확보는 SK텔레콤에게 중요한 전략적 목표입니다. SK텔레콤은 2011년부터 쌓아온 세계 최고 수준의 유선 QKD 기술력을 무선과 위성 QKD 분야로 확대하여 글로벌 양자 기술 리더십을 높이는 계기로 삼고 있습니다.

• 8-2. 시장 경쟁력 강화 전략

• SK텔레콤은 초고속 양자난수생성기(QRNG), 고성능 소형 단일광자검출기(SPAD), 신규 QKD 프로토콜 구현 등 QKD와 관련된 다양한 핵심 기술을 확보하고 있습니다. 이와 함께 산학연 양자기술 협력을 통해 생태계 활성화에 적극 참여하고 있으며, KAIST 주도로 진행되는 양자팹 구축 사업에 참여하여 양자 QKD에 사용되는 광집적회로 모듈 개발에 나설 계획입니다.

• 8-3. 미래 전망 및 글로벌 영향력

• SK텔레콤은 양자 기업들의 연합체 ‘엑스퀀텀’의 멤버사 IDQ와 협력하여 PQC 기술과 QKD 기술을 하이브리드 방식으로 결합하여 통합 솔루션의 개발을 추진하고 있으며, 이 같은 다양한 양자기술의 결합을 통해 글로벌 양자 기술 리더십을 확보하고 관련 생태계 활성화를 주도하고자 합니다.

9. 결론

• SK텔레콤은 양자암호통신의 글로벌 리더로써 다양한 기술적 성공을 이뤄냈습니다. 주요 발견에서는 초고속 양자난수생성기(QRNG)와 소형 단일광자검출기(SPAD)의 개발, QKD 프로토콜의 구현이 특히 두드러집니다. 이러한 기술을 통해 SK텔레콤은 양자팹과 같은 최첨단 시설을 구축하며 KAIST와 협력해 관련 기술을 지속적으로 발전시키고 있습니다. 그러나 이 리포트 역시 한계를 갖고 있습니다. 추가 연구와 실험을 통해 실제 적용 가능한 더 나은 솔루션을 개발해야 합니다. 미래에는 이러한 기술이 더욱 발전하여 SK텔레콤이 더욱 강화된 양자 통신 시장에서 독보적인 위치를 차지할 것으로 예상됩니다. 실제 현장에서의 적용 가능성을 위해 지속적인 협력과 연구개발이 필요합니다. 이 과정에서 PQC와 QKD의 하이브리드 결합이 중요한 역할을 할 것입니다.

10. 용어집

• 10-1. SK텔레콤 [회사]

• SK텔레콤은 대한민국의 대표적인 통신사로, 최근 양자암호통신 기술 개발에 많은 자원과 노력을 기울이고 있습니다. 이 회사는 다양한 산학연 협력을 통해 양자기술 생태계를 활성화시키고 있으며, 이를 통해 글로벌 시장에서의 경쟁력을 높이고 있습니다.

• 10-2. PQC [기술]

• 양자내성암호(Post-Quantum Cryptography, PQC)는 양자컴퓨터의 공격에도 안전한 암호기술로, SK텔레콤은 이 기술과 QKD 기술을 하이브리드 방식으로 결합하여 보안성과 네트워크 환경, 비용 등 다양한 요구사항을 충족시키는 통합 솔루션을 개발하고 있습니다.

• 10-3. QKD [기술]

• 양자키분배(QKD, Quantum Key Distribution)는 양자를 이용한 암호키 분배 기술로, 현존 가장 높은 보안성을 제공합니다. SK텔레콤은 이 기술을 다양한 네트워크 시스템에 적용하고, 이를 무선과 위성 통신 분야로 확대하여 기술 리더십을 강화하고 있습니다.

• 10-4. Q-HSM [제품]

• Q-HSM은 소프트웨어 기반의 PQC 암호통신기술과 하드웨어 기반 QRNG, 물리적복제방지(PUF) 기술이 동시에 탑재된 양자암호칩으로, SK텔레콤이 개발하여 2024년 퀀텀코리아 전시회에서 공개한 바 있습니다.

• 10-5. 양자팹 [시설]

• 양자팹(Quantum Fab)는 KAIST 내에 구축될 양자역학 기반의 반도체 소재를 개발하기 위한 공정 시설로, SK텔레콤은 이 사업에 참여하여 양자QKD에 사용되는 광집적회로 모듈 개발을 진행하고 있습니다.

11. 출처 문서

• LG유플러스ㆍKTㆍSK텔레콤http://www.jeonguknews.co.kr/news/articleView.html?idxno=61094
• SK텔레콤, 컨소시엄과 '위성 탑재 QKD 시스템' 개발 사업 돌입https://www.smartfn.co.kr/article/view/sfn202407020024
• SKT, 한국 위성통신의 미래 지킬 양자암호 시스템 개발 나선다http://paxnews.co.kr/news/view.php?idx=43969
• SK텔레콤, 컨소시엄과 '위성 탑재 QKD 시스템' 개발 사업 돌입https://m.smartfn.co.kr/article/view/sfn202407020024