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Nikkei X-TECH_2022.12.20

세계에서 추진되는 양자인터넷 개발
일본은 메루카리 주도의 QITF로 산학 연계

양자컴퓨터 실용화에 필수적인 양자인터넷 개발이 가속화되고 있다. 양자 정보를 상호 주고 받음으로써 분산 처리가 가능해지는 등, 성능 향상에 도움이 되는 기술이다. 구미에서는 양자인터넷 개발을 위한 대형 프로젝트가 설립되고 있으며, 일본도 산학 연계 컨소시엄을 중심으로 실증 및 국제 연계가 추진되고 있다.

일본의 산학 연계 컨소시엄 ‘양자인터넷 태스크 포스(QITF)’는 양자인터넷 기술개발과 실증, 사양 책정을 추진하고 있다. QITF는 메루카리 연구기관 '메르카리 R4D'가 주도하는 형태로 여러 대학 및 조직이 참여해 2019년에 출범했다. 양자인터넷의 실증과 전체 설계를 다루고 있다.

양자인터넷은 양자컴퓨터 간을 연결해 데이터 처리와 저장을 분산시킴으로써 연산능력과 기능을 대폭 증강하기 위한 기술이다. 보안 향상 및 양자센싱 등에도 이용할 수 있다. 양자컴퓨터 설계에 필수적인 기술로, 최근 양자컴퓨터 자체 개발과 병행해 양자인터넷 연구 및 기술개발이 세계적으로 활발해지고 있다.

-- '양자 정보 기술의 종합격투기' --
양자인터넷은 '양자 정보 기술의 종합격투기'라고 불릴 정도로 고도의 기술이 요구된다. 양자암호 및 양자계산 기술, 더 나아가 현재의 인터넷 지식을 조합해 이론공학적으로 최적의 설계를 이끌어내어 양자 정보(양자 얽힘)를 장거리 전송할 필요가 있기 때문이다.

QITF 대표이자, 메루카리 R4D의 시니어 리서처를 맡고 있는 나가야마(永山) 씨는 “개별적으로 좋은 연구를 해도 그것을 통합하는 구조가 없으면 양자인터넷은 실현되지 못한다”라고 말한다.

이를 해결하기 위해 QITF는 기업 및 대학과의 유연한 연계를 촉진. 메루카리 외에도 도쿄대학과 오사카대학, 게이오기주쿠대학 등의 학술기관, 국립정보학연구소와 정보통신연구기구 등 연구기관 등이 참가해 협력체제를 구축하고 있다. 지금은 양자인터넷 기본 구조의 동작 실증과 사회 구현을 위해 활동하고 있다.

또한 국제적 제휴도 추진하고 있다. 전세계를 둘러싸는 네트워크 인프라 정비를 위해 QITF는 구미 등과 양자인터넷의 표준화 및 인프라 구축에서 협업하고 있다. 구체적인 활동으로는 인터넷 표준화단체 IETF(인터넷기술 태스크 포스)의 자매단체인 IRTF(인터넷연구 태스크 포스)에서 양자인터넷 공통 지침을 논의하기 시작한 단계이다.

현재의 인터넷이 40년 이상 전에 만들어진 구조 위에 성립되어 있다는 것을 고려하면 양자인터넷에서도 초기 단계에 최적인 구조를 구축해야 하는 중요성을 알 수 있다.

-- 실용화의 높은 장벽, 작동 실증 추진 --
QITF에 따르면, 양자인터넷은 주로 3가지 요소로 이루어져 있다. 첫 번째는 양자컴퓨터 간에 양자 정보를 주고받을 수 있도록 하는 양자 중계기 등 ‘하드웨어’. 두 번째는 양자적으로 최적화된 ‘네트워크 아키텍처(기본 설계)’. 그리고 세 번째는 양자 알고리즘이나 기존 인터넷과의 인터페이스와 같은 ‘애플리케이션’이다. 각각의 요소들이 서로 영향을 미치기 때문에 각 분야에서 제휴하면서 개발할 필요가 있다.

일본에서는 QITF의 참가 조직들이 중심이 되어 양자 중계기 실증을 추진하고 있지만, 양자 정보를 전송하는 것은 지극히 어려운 작업이라고 한다. 양자 상태를 유지한 큐비트가 서로 영향을 주는 양자 얽힘 현상을 이용하지만, 정밀도와 재현성, 전송 거리에 과제가 있다. 대규모 네트워크를 구축하고 복수의 데이터센터 간을 연결해서 분산형 양자컴퓨터를 실현하는 것은 2050년 이후가 될 것으로 전망되고 있다.

나가야마 대표에 따르면, 현재는 양자 정보를 디지털 신호로 변환하지 않고 양자 신호 그대로 중계기를 경유하는 실증실험이 성공하기 시작한 단계이다. 복수의 중계기를 통해서 떨어진 노드 간에 양자 정보를 주고받는 시스템의 동작 실증을 추진하고 있다. 2030년까지 “대규모 네트워크에 연결되는 시스템·프로토콜의 최소 구성으로 동작 실증을 추진해나가고 싶다”(나가야마 대표).

양자 기술 개발은 긴 시간을 요하는 것으로, 세계적인 인재 부족 또한 과제로 떠오르고 있다. 10년 후 국가 경쟁력을 유지하기 위해서도 양자 인재 육성은 필수이다. 일본에는 우수한 인재들이 있지만 절대수가 부족하다. 나가야마 대표는 “대학이 교육 커리큘럼을 정비하고, 기업이 양자 인재를 육성하는 등 각오가 필요하다. 제일선에 서기 위해서는 무딘 칼날로는 이길 수 없다”고 말한다.

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