양자키분배 · QuantumNews

양자역학의 원리를 이용해 두 통신자가 도청 여부를 물리적으로 감지하면서 비밀 암호 키를 공유하는 기술. 도청 시 양자 상태가 불가피하게 교란되므로 원천적 보안이 보장된다.

직관적 비유

유리로 만든 봉인 편지봉투를 상상해 보자. 누군가 봉투를 뜯어 내용을 보면 유리가 깨져 수신자가 즉시 알아챌 수 있다. QKD에서 광자(photon)가 바로 이 유리봉투 역할을 한다 — 도청자가 신호를 가로채는 순간, 측정 행위 자체가 양자 상태를 변화시켜 흔적을 남긴다.

엄밀한 정의

QKD는 양자역학의 두 원리에 기반한다.

측정 교란 원리 — 미지의 양자 상태를 측정하면 상태가 변한다.
복제 불가 정리(No-Cloning Theorem) — 임의의 미지 양자 상태를 완벽히 복사할 수 없다.

가장 널리 알려진 프로토콜 BB84 (Bennett & Brassard, 1984)는 편광된 광자를 두 가지 기저(basis)로 전송한다. 송신자(Alice)와 수신자(Bob)는 공개 채널에서 기저 선택만 비교하고, 일치한 측정값만 키로 채택한다. 도청자(Eve)가 개입하면 오류율(QBER)이 통계적으로 상승하므로 도청 여부를 검출할 수 있다.

$$\text{QBER} = \frac{\text{오류 비트 수}}{\text{전체 비트 수}}$$

QBER이 임계값(~11%)을 초과하면 키를 폐기한다.

중요성·응용

기존 RSA 등 공개키 암호는 수학적 계산 복잡도에 의존하므로 양자컴퓨터로 해독될 수 있다. QKD는 계산 능력이 아닌 물리 법칙 자체로 보안을 보장하므로, 금융·국방·의료 등 장기 기밀 통신 인프라에 도입이 추진되고 있다. 국내에서는 KT·SKT의 상용 QKD 백본망, 위성 QKD 연구가 진행 중이다.