보잉이 양자 통신 위성을 2026년 우주로 발사할 계획이라고 양자 세계 회의에서 발표했다. Q4S라는 이름의 이 양자 위성은 양자 얽힘(quantum entanglement swapping)의 시연과 테스트 임무를 수행할 예정이다.
지금까지는 중국만이 우주 기반 양자 통신과 관련해 위성을 보유하고 있었다. 무려 2016년에 발사된 위성이다. 유럽과 캐나다 또한 2025년, 2026년에 양자 통신 위성을 발사할 계획을 가지고 있다. 그리고 워싱턴 DC 외곽에서 열린 양자 세계 회의에서 보잉의 발표로 이제 미국도 이 대열에 합류하게 됐다.
보잉의 디스럽티브 컴퓨팅, 네트워크 및 센서 부문 수석 엔지니어인 제이 로웰은 “보잉이 우주에서의 얽힘 교환(entanglement swapping)이라는 도전에 나서고 있다”라고 말했다.
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그는 “이번 시연은 가능성의 한계를 뛰어넘는 선구자로서의 보잉의 역할을 공고히 하는 것을 목표로 한다. 보잉은 양자 연구에 참여하는 것 이상의 일을 하고 있다. 우리는 글로벌 애플리케이션을 위해 양자 기술을 운영하고 확장하는 방법을 선도하고 있다”라고 말했다.
보잉에 따르면 우주 기반 양자 통신은 수많은 상업, 민간, 군사 분야에 응용될 수 있다. 실험실에서 입증된 이 기술은 2026년 발사에서 우주에서의 작동되게 된다.
양자 통신은 얽힘을 이용한다. 반면 광자는 장거리에서 빠르게 붕괴된다. 만약 우주에 있는 위성으로 빔을 보낸 다음 지구의 목적지로 다시 내려 보낸다면 오늘날 통신 분야의 몇몇 주요 문제를 해결할 수 있다. 위성이 얽힘을 깨지 않고 신호를 다시 중계할 수 있다는 전제 아래서다. 보잉의 ‘스와핑’ 기술이 바로 이를 위해 고안됐다.
기존 광섬유 인프라에 편승하는 단거리 지상 기반 양자 네트워크와 위성 기반 중계기를 결합하면 글로벌 양자 인터넷의 토대를 마련하는 데 도움이 될 수 있다.
로웰은 “글로벌 규모의 양자 네트워크를 구축하려면 상당한 작업이 하다. 먼저, 네트워크 링크 전반에 걸쳐 정보를 적절히 전파할 수 있는 강력한 양자 통신 프로토콜을 구축하고 시연해야 한다. 이것이 바로 Q4S 미션의 목표다”라고 말했다.
양자 네트워크의 사용 사례
양자 네트워크 소프트웨어 기업 아릴로 퀀텀 테크놀로지(Aliro Quantum Technologies)의 CEO 짐 리코타에 따르면 양자 네트워크에는 세 가지 주요 사용 사례가 있다.
일단 양자 네트워크는 상당한 양의 트래픽을 전송하기에 충분한 대역폭을 가지고 있지 않기 때문에 가까운 미래에 표준 통신을 대체할 것으로 예상되지는 않는다. 대신 양자 키 분배, 양자 컴퓨터 네트워크, 양자 센서 지원에 사용될 것으로 예상된다.
암호화에는 두 가지 유형이 있다. 동일한 키를 암호화와 복호화에 모두 사용하는 대칭 암호화는 충분히 강력하며 오랫동안 안전할 것으로 예상된다. 두 번째 유형인 비대칭 암호화는 암호화와 복호화를 위해 서로 다른 키를 사용한다. 비대칭 암호화는 양자 컴퓨터에 취약한 것으로 알려져 있다. 양자 컴퓨터의 성능이 충분해진다면 공격자들은 이 유형으로 암호화된 통신을 해독할 수 있다. 일각에서는 이미 암호화된 통신이 진공 청소기로 수집되고 있다고 우려하기도 한다.
이 문제에 대한 한 가지 해결책은 새로운 양자 안전 암호화 알고리즘으로 전환하는 것이다. 그러나 이 또한 여전히 보안을 위해 수학에 의존한다고 리코타는 설명했다. 또 다른 해결책은 양자 물리 법칙을 사용하여 보안을 보장하는 것이다.
리코타는 이미 한 정보 기관과 이러한 프로젝트를 진행하고 있으며, 금융 및 에너지와 같은 민감한 분야의 기업들도 관심을 보이고 있다고 전했다 아릴로의 고객사인 EPB 퀀텀 네트워크는 테네시주 채터누가에서 작동 중인 양자 네트워크를 보유하고 있다.
또 다른 사용 사례는 소규모 양자 컴퓨터를 대규모 컴퓨팅 클러스터로 네트워킹하는 것이다. 아릴로는 미 공군과 이를 위한 프로젝트에 대한 계약을 발표할 예정이라고 리코타는 전했다.
양자 네트워크의 세 번째 사용 사례는 양자 센서의 기능을 개선하는 것이다. 예를 들어 GPS 시스템에 문제가 생겼을 때 양자 센서를 대안으로 사용한다면, 해상 선박의 양쪽 끝에 양자 센서를 설치하여 정확도를 높일 수 있다. 이 센서들은 양자 네트워크로 연결되게 된다.
크런치베이스에 따르면 양자 컴퓨팅 스타트업 업계는 올해에만 14억 달러의 투자금을 확보했으며, 이는 작년 전체 7억 7,700만 달러의 거의 두 배에 달하는 금액이다. 그리고 지난 6월, 가트너는 사상 처음으로 양자 네트워킹을 ‘혁신 촉발’ 단계의 엔터프라이즈 네트워킹에 대한 하이프 사이클에 포함시켰다.
그러나 맥킨지에 따르면 미국은 공공 투자 측면에서 다른 나라에 뒤처져 있다. 중국 정부는 2023년 기준 양자 기술에 153억 달러를 투자했으며, 독일이 52억 달러, 영국이 43억 달러로 그 뒤를 이었습니다. 미국은 38억 달러로 4위를 차지했다.
지난주 미국 정부의 국가 양자 이니셔티브 자문위원회는 양자 네트워킹에 대한 연방 정부의 투자 확대를 촉구하는 보고서를 발표했다. 리코타는 “양자 네트워킹 역량이 경제 번영과 국가 안보에 중요한 역할을 할 것이다. 그렇기 때문에 양자 이니셔티브 재승인이 의회를 통과하는 것이 중요하다”라고 말했다.
2018년 국가 양자 이니셔티브 법은 양자 연구에 12억 달러를 할당했지만 이 법은 2023년에 만료됐다. 국가 양자 이니셔티브 재승인 법안은 현재 의회를 통과하고 있으며 향후 5년 동안 양자 연구에 36억 달러를 배정할 예정이다. dl-ciokorea@foundryco.com
