| 세계 최초로 장치 독립성 양자 난수 구현 | ||
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 최근 중국과학기술대학 판젠웨(潘建偉) 교수팀은 중국과학원 상하이마이크로시스템·정보기술연구소/일본 NTT기초과학실험실과 공동으로 고품질 얽힘광원 및 고효율 단일광자 검출장치를 발전시킨 토대에서 양자얽힘의 내재적 임의성을 이용하여 세계 최초로 장치 독립성 양자 난수를 성공적으로 구현하였다. 관련 연구 성과는 2018년 9월 20일 "Nature" 학술지에 온라인으로 게재되었다. 상기 획기적 성과는 수치 시뮬레이션, 암호학 등 분야에 광범위하게 응용될 예정이며 또한 새로운 난수 국제표준을 형성할 전망이다. 장치 독립성 양자 난수 발생기를 구현하려면 실험적 차원에서 엄청난 기술적 어려움을 극복해야 한다. 구체적으로 전체 난수 발생장치가 고효율적으로 얽힘광자 발생, 전송, 변조, 검출을 수행해야 하는 동시에 다양한 부품 간 공간거리를 적절하게 설정해 공간간격(spacelike interval)의 요구를 만족시켜야만 비로소 최고의 안전성으로 어떠한 도청자의 내부통신을 통한 벨 부등식(Bell's inequality) 테스트 결과 위조 불능을 보장할 수 있다. 연구팀은 3년간 노력을 거쳐 고성능 얽힘광원을 발전시켜 얽힘광자 수집, 전송, 변조 효율을 최적화한 후 중국과학원 상하이마이크로시스템·정보기술연구소가 개발한 고효율 초전도 단일광자 검출기를 사용하여 고성능 얽힘광원에 대한 고효율적 탐측을 구현하였다. 그 다음 쾌속 변조 설계 및 적절한 공간 격리 설계를 통해 장치의 독립성 양자 난수 발생장치에 필요한 공간간격 요구를 만족시켰다. 이로써 세계 최초로 장치 독립성 양자 난수 발생기를 구현하였다. 기존의 연구와 후속 연구는 암호학, 수치 시뮬레이션 및 임의성 입력을 요구하는 다양한 분야에 신뢰성 있는 임의성 발생원을 제공할 전망이다. 아울러 신뢰성 있는 난수원은 현실 조건에서 양자통신 안전성의 핵심인 만큼 장치 독립성 난수의 실험적 구현은 현실 조건에서 양자통신의 안전성을 더한층 보장할 수 있다. 현존 양자통신 시스템에 자체적으로 제조 또는 믿음직한 제조업체에서 제조한 양자 난수 발생기를 적용해야 안전성을 보장받지만 악의적 제3자가 제조한 장치를 사용할 경우 난수 누설이 발생할 수 있다. 연구팀의 해당 성과는 신뢰할 수 없는 제3자 장치를 사용하더라도 진짜 난수를 발생할 뿐만 아니라 누설이 없음으로 통신안전을 보장받을 수 있다. 향후 연구팀은 고속 안정적인 장치 독립성 양자 난수 발생장치를 구축할 예정이다. 뿐만 아니라 양자얽힘의 내재적 임의성과 고안전성에 기반한 난수 제공을 통해 차세대 국제난수표준을 형성한다는 계획이다. 난수는 날씨예보, 신약설계, 재료설계, 산업설계, 게임, 인공지능, 통신안전, 현대암호학 등 과학연구와 일상생활에 널리 응용된다. 하지만 기존의 소프트웨어 알고리즘 또는 고전적 열잡음에 기반해 구현한 난수는 자체적 결함을 갖고 있다. 따라서 장치 무관 양자 난수 발생기 개발은 세계적으로 앞 다투어 추진하는 연구과제로 되고 있다. 정보출처 : http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2018/9/417853.shtm |
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