| “모쯔호(墨子號)”, 무중계 1,000km급 양자암호통신 달성 | ||
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  중국과기대 등 국제 연구팀은 "모쯔호(墨子號)" 양자과학실험위성을 이용하여 세계 최초로 1,000km급 얽힘 기반 양자암호키 분배를 달성했다. 동 실험성과는 기존의 지상 무중계 양자암호통신의 공간 거리를 1개 수량급으로 향상시킴과 아울러 물리적 원리를 통하여 위성이 상대방에 의해 제어되는 상황에서도 보안성 양자통신 달성을 확보함으로써 양자통신의 현실적 응용에서 중요한 성과를 달성했다. 관련 성과는 "Nature"에 온라인으로 게재됐다. 양자통신은 원리적으로 무조건 안전한 통신 방식을 제공한다. 하지만 실험실로부터 광범위한 응용을 달성하려면 현실 조건에서의 보안성 문제 및 원거리 전송 문제 등 두 가지 어려움을 극복해야 한다. 기존의 기술 수준에서 신뢰 가능성 릴레이를 사용하여 효과적으로 양자통신 거리를 확장시킬 수 있다. 예를 들어, "모쯔호" 양자위성중계를 이용하여 자유공간 채널을 7,600km의 대륙 간 거리로 확장시킬 수 있다. 그러나 신뢰 가능성 릴레이는 전통적인 통신 방식의 전체 가닥 선로 보안 위험성을 제한된 릴레이 노드 범위 내로 통제하지만 릴에이 노드의 보안성은 여전히 인위적인 보장이 필요하다. 원거리 보안성 양자통신을 달성하는 최적 해결 방안은 양자 릴레이와 얽힘 기반 양자암호키 분배를 결합시키는 것이다. 얽힘 기반 양자암호키 분배의 원리는 얽힘 상태의 입자가 얼마나 멀리 떨어져 있든, 그 중의 1개 입자의 상태만 측정하면 다른 1개 입자의 상태도 확정할 수 있다. 해당 특성을 이용하여 멀리 떨어져 있는 사용자 사이에서 암호키를 생성할 수 있다. 위성을 양자 얽힘원으로 함과 아울러 자유공간 채널을 통한 멀리 떨어진 두 곳의 직접 분배 얽힘을 분배함으로써 기존 기술 조건에서의 얽힘 기반 양자암호통신 달성에 실행 가능한 경로를 제공할 전망이다. "모쯔호" 양자위성의 전단계 실험 및 기술 축적을 기반으로 연구팀은 지상 망원경의 메인 광학적 시스템 및 후방 광경로 시스템에 대한 업그레이드를 통해 단일 변두리 2배, 양쪽 변두리 4배의 수신 효율 향상을 달성했다. "모쯔호" 양자위성은 운행 과정에서 신장(新疆) 우루무치(烏魯木齊) 난산(南山) 관측소 및 칭하이(青海) 더링하(德令哈) 관측소 2개 지상 관측소와 광 링크를 형성하여 1초에 2쌍의 속도로 지상의1,120km를 초과하는 2개 관측소 사이에서 양자 얽힘을 형성하고 나아가 제한된 코드 길이 조건에서 1초에 0.12비트의 최종 코드 속도로 암호키를 생성한다. 실험 과정에서 지상 수신 광경로 및 단일 광자 탐지기 등에 대한 정밀한 설계 및 보안을 통해 공정한 샘플링 및 모든 이미 알고 있는 채널에 대한 "면역"을 보장했으며 생성된 암호키가 신뢰 가능성 릴레이에 의존하지 않게 함과 아울러 현실적 보안성을 확보했다. 새로 개발된 양자 얽힘원 기술을 결합하여 향후 위성에서 1초에 10억 개의 얽힘 광자를 생성하여 최종 암호키 코드 형성률을 1초에 수십 비트 또는 1차 운행 과정에서 수만 비트로 향상시킬 전망이다. 동 연구는 글로벌 양자암호키 분배 네트워크 심지어 양자 인터넷을 구축하는 주요 단계로 신뢰 가능성 릴레이에 의존하지 않는 장거리 얽힘 양자암호키 분배 프로토콜을 구현하는 이정표로 될 전망이다 동 성과를 기반으로 개발한 고효율 위성-지구 링크 수신 기술로 양자위성 하중 무게를 기존의 수백 kg에서 수십 kg 이하로 감소시키는 동시에 지상 수신 시스템의 무게를 기존의 십여 t에서 약 100kg 이하로 대폭 감소시켜 수신 시스템의 소형화, 운반 가능성을 달성함으로써 향후 위성 양자통신의 규모화, 상업화 응용에 튼튼한 기반을 마련할 전망이다. 정보출처 : http://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/kjrb/html/2020-06/16/content_446981.htm?div=-1 |
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