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[IT뉴스]성층권에 풍선 띄워 '양자 얽힘' 빛 장거리 전송…한국·스위스, 기술 실증 나선다

온카뱅크관리자

2025-11-04 11:07:31

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 <img alt="(왼쪽부터) 강철 GIST 미래우주국방융합연구본부 본부장, 안드레 스테파노프 베른대 응용물리연구소 교수, 고도경 GIST 물리·광과학과 교수, 보리스 코르즈 제네바대 물리학과 교수, 크리스토프 빌트포이어 노스웨스턴 응용과학기술대 응용물리학과 교수, 신우진 GIST 고등광기술연구원 수석연구원. GIST 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202511/04/dongascience/20251104110352206efug.png" data-org-width="680" dmcf-mid="QIEGuw4qnf" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202511/04/dongascience/20251104110352206efug.png" width="658">
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 (왼쪽부터) 강철 GIST 미래우주국방융합연구본부 본부장, 안드레 스테파노프 베른대 응용물리연구소 교수, 고도경 GIST 물리·광과학과 교수, 보리스 코르즈 제네바대 물리학과 교수, 크리스토프 빌트포이어 노스웨스턴 응용과학기술대 응용물리학과 교수, 신우진 GIST 고등광기술연구원 수석연구원. GIST 제공
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 한국·스위스 공동연구팀이 장거리 대기권 양자통신 기술을 실증한다. 
 광주과학기술원(GIST) 고등광기술연구원(APRI)은 ‘2025 한국–스위스 양자과학기술 공동연구 프로그램’의 신규 과제에 최종 선정된 신우진 GIST 고등광기술연구원 수석연구원, 안드레 스테파노프 스위스 베른대 교수가 이끄는 공동연구팀이 프로젝트 'QFREE' 착수회의를 스위스 베른에서 10월 21일 열었다고 4일 밝혔다. 
 2025 한국–스위스 양자과학기술 공동연구 프로그램은 한국 과학기술정보통신부와 스위스연방교육연구혁신청(SERI)이 공동으로 추진하는 양자 분야 국제협력 사업이다. 양자통신·양자컴퓨팅·양자센싱 등 차세대 핵심 기술의 공동연구와 인력 교류를 지원해 양국 간 연구 협력과 글로벌 양자기술 경쟁력을 강화하는 게 목표다. 
 GIST 고등광기술연구원, 베른대 연구팀이 진행하는 QFREE는 한국과 스위스가 공동으로 수행하는 양자통신 실증 연구다. 성층권 플랫폼인 '고고도 풍선'과 드론 등을 활용해 대기 중 양자 얽힘 상태의 빛(얽힘 광자)를 주고받음으로써 지상에서 멀리 떨어진 곳까지 양자 정보를 안정적으로 전달할 수 있는지를 실험적으로 검증하는 과제다.
 또 지구의 중력장이나 시공간의 휘어짐이 양자 얽힘 상태에 어떤 영향을 주는지도 함께 탐구해 우주 환경에서도 신뢰할 수 있는 양자통신의 원리를 규명한다는 목표다. 
 QFREE는 지상에서 성층권을 거쳐 우주로 이어지는 자유공간 양자 네트워크를 구축하는 연구인 셈이다. 향후 양자중계기와 양자위성 기술의 기반을 마련하고 미래 글로벌 양자인터넷 실현을 향한 발판을 다지는 도전적인 프로젝트라는 의미가 있다.
 양자 성질을 가진 빛에 에너지와 시간 정보를 담아 드론과 '성층권 풍선'을 이용해 장거리로 보내고 같은 플랫폼에서 양자 성질을 가진 빛인 양자광과 일반 빛인 고전광의 간섭 특성을 비교하는 세계 최초의 시도다. 성층권 풍선은 약 18～25km 높이의 성층권에 장기간 체공하면서 위성과 유사한 기능을 수행하는 무인 비행체다. 
 10월 21일 열린 프로젝트 착수 회의에서는 세부 목표와 역할 분담, 일정 확정, 위험·품질 관리 계획 수립, 초기 실험 환경 구축 방안 등이 논의됐다. 연구팀은 스위스 고고도 연구 인프라를 활용해 스위스 짐머발트-융프라우요흐 구간(거리 약 57km, 고도차 약 2.5km)에 고정 링크를 구축하고 장기 계측을 수행한다.
 이를 위해 이동형 초전도 나노와이어 단일광자 검출기, 이동형 추적 지상국, 비행체 탑재 간섭계 페이로드 등 첨단 실험 장비를 단계적으로 투입할 예정이다. 이동형 초전도 나노와이어 단일광자 검출기는 초전도 나노와이어를 이용해 단일 광자까지 검출할 수 있는 고감도 센서다. 
 프로젝트를 위해 한국이 투입하는 연구비는 총 12억원(연 3억원), 스위스는 약 79만9899 스위스 프랑(약 14억4700만원) 규모를 투자한다. 연구 기간은 총 4년이다. 프로젝트에는 GIST 고등광기술연구원, 베른대뿐 아니라 스위스 제네바대, 스위스 노스웨스턴응용과학대 등이 참여한다. 
 연구팀은 이번 과제를 통해 지상, 고지대, 성층권으로 이어지는 하이브리드 양자 네트워크 고속·고용량의 중심망 구조와 양자 네트워크의 확장성을 확인할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
 또한 '에너지-시간 부호화 기술'을 활용해 통신 채널의 용량과 안정성을 높이고 장거리·고고도 링크에서도 재현 가능한 성능을 확보하는 것이 목표다. 에너지-시간 부호화 기술은 광자의 에너지와 광자가 도착하는 시간을 조합해 정보를 담는 기술을 가리킨다. 
 연구에서 개발되는 이동형 양자통신·고정밀 추적·고감도 검출 기술은 국방·우주·보안·안전 산업 등 다양한 분야에 응용될 가능성이 크다. 스위스-한국 공동 실증 데이터를 기반으로 국제 표준화 활동 및 후속 대형 프로젝트 연계에도 기여할 전망이다.
 신우진 수석연구원은 “QFREE는 드론과 성층권 플랫폼에서 얽힘 광자를 실제로 분배하고 동일 조건에서 고전광 대비 양자광 간섭의 차이를 직접 비교·측정한다는 점에서 세계적으로도 독창적인 시도”라며 “스위스 고고도 인프라와 APRI의 광학·추적 기술을 결합해 향후 양자 인터넷 구축의 핵심 토대를 마련하겠다”고 말했다.
 스테파노프 교수는 “이번 실험 플랫폼에는 이동형 지상국과 고감도 단일광자 검출기(SNSPD) 체계가 포함돼 있어, 자유공간 양자통신의 데이터 전송률과 신뢰성을 동시에 높일 수 있을 것”이라며 “협력은 스위스-한국 간 양자·우주 기술의 연계를 한층 강화하는 계기가 될 것”이라고 밝혔다.
 GIST 고등광기술연구원은 초정밀 광원, 광계측, 광통신, 양자광학 등 고등광기술 전 분야를 선도하며 자유공간 레이저 통신, 적응광학, 고감도 검출, 광양자정보 분야의 연구 기반과 인프라를 갖추고 있다.
 [이채린 기자 rini113@donga.com]
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