양자컴퓨터 상용화에 대한 기대감이 고조되면서 관련 주식들이 강세를 보이고 있다. 양자컴퓨팅 기술 개발 소식과 더불어 상용화에 대한 긍정적 전망이 제기됨에 따라 관련 종목에 대한 기대감이 쏠리고 있는 모습이다.

특히 최근 마이크로소프트(MS) 공동 창립자인 빌게이츠가 이르면 2028년 양자컴퓨터 상용화 시대가 도래할 것이라는 전망을 내놓으면서 양자기술 관련주들의 상승세를 주도했다. 해당 소식 이후 SK텔레콤과 양자암호통신 기반 가상사설망(VPN) 기술을 개발 중인 엑스게이트는 24.38%로 가장 높은 상승률을 기록했고, 케이씨에스(14.97%), 아이윈플러스(12.34%), 아이씨티케이(10.75%), 우리로(11.19%) 등이 그 뒤를 이었다.

3일(현지시간) 야후파이낸스 보도에 따르면 빌게이츠는 오프닝 입찰 팟캐스트에 출연해 "그(엔비디아 설립자 겸 CEO 젠슨 황)가 틀렸을 가능성이 있다"라며 "앞으로 3~5년 안에 매우 어려운 문제를 해결할 만큼 진정한 논리적 큐비트를 얻을 가능성이 있다"라고 주장했다.

앞서 젠슨 황은 1월 가전제품박람회(CES) 기조연설에서 양자 기술의 상용화 시점에 대해 언급한 바 있다. 구체적인 시기를 공개하진 않았으나, 그는 "매우 유용한 양자컴퓨터가 15년 후에 등장할 것이라면 아마 초반일 것이고, 30년 후라면 후반일 것"이라며 "그러나 20년 후라면 많은 사람들이 믿을 것이라고 생각한다"라고 의견을 밝혔다.

양자컴퓨팅 기술의 급속한 발전으로 양자암호통신의 중요성도 점차 부각되고 있다. 양자컴퓨터의 혁신적인 정보 처리 기술이 데이터 처리와 암호화 방식에 큰 변화를 가져올 것으로 기대되는 동시에, 기존의 보안 시스템을 위협할 수 있는 잠재력을 내포하고 있기 때문이다.

양자암호통신은 양자역학의 원리를 활용해 암호키를 생성하는 차세대 보안통신 기술로, 하드웨어 중심의 양자키분배(QKD)와 소프트웨어 기반 양자내성암호(PQC)가 양대 기술로 평가되고 있다.

QKD는 양자 상태의 특성을 활용해 제3자가 해킹할 수 없는 암호키를 만들고 송신자와 수신자에게 동시에 나눠주는 기술이다. 제3자가 통신망에 침투해 암호키를 탈취하려고 시도하는 경우, 양자에 담긴 정보 자체가 변하기 때문에 복제 자체가 불가능하고 해킹 시도 여부도 즉시 파악할 수 있다. 이로 인해 해커의 공격에 강력한 방어력을 제공하며, 데이터의 무결성과 기밀성을 보장해 금융 거래나 군사 통신 등 보안이 중요한 분야에서 필수적인 기술로 자리잡고 있다.

PQC는 기존 암호화 방식이 양자컴퓨터의 발전으로 인해 취약해질 것에 대비한 기술이다. 수학적 난제를 활용해 양자컴퓨터의 계산 능력에도 안전한 알고리즘을 개발하고 기존의 암호화 체계가 양자컴퓨터에 의해 쉽게 해독되지 않도록 하는 것이 핵심이다. 암호키 교환, 데이터 암호화 및 복호화, 무결성 인증 등의 핵심 보안 요소에 적용할 수 있으며, 별도의 장비 없이 소프트웨어만으로도 구현할 수 있다는 장점이 있다.

한편, 양자암호통신이 현존하는 가장 안전한 보안기술로 평가되면서 시장 규모도 빠르게 확대되고 있다. 글로벌 시장조사기관 마켓앤마켓츠에 따르면 글로벌 양자암호통신 시장 규모는 2024년 7.4억 달러에서 연평균 39.6% 성장해 2030년에는 55.4억 달러 규모에 이를 것으로 전망된다. 다만, 양자컴퓨터와 마찬가지로 양자암호통신 기술 역시 상용화를 위해 여러 도전 과제가 남아 있다. 양자 상태를 유지하기 위한 기술적 난제가 존재하며, 양자암호를 적용하기 위한 인프라 구축과 이에 대한 투자 및 정책적 지원이 필요하다.

양자암호통신이 차세대 보안 기술로 주목받으면서 기업은 물론 국방, 행정, 민간 등 전 분야에서 양자암호통신 적용을 추진하고 있다. 특히 국내 이동통신 3사는 관련 기술 개발을 활발히 진행하면서 국내 양자암호 생태계 구축에 앞장서고 있다. 양자암호통신은 통신 분야의 고질적인 보안 문제를 해결해 줄 핵심 기술로 여겨진다.

◆SK텔레콤

SK텔레콤(SKT)은 5G뿐만 아니라 6G에서도 적용가능한 양자암호통신 기술 확보를 목표로 하고 있다. 2011년 국내 대기업 최초로 양자기술연구소를 설립해 양자보안 산업에 대한 투자를 시작했으며, 2018년 IDQ를 인수해 양자암호통신 상용화와 생태계 확산에 박차를 가하고 있다.

특히 SKT는 양자키분배(QKD) 기술과 양자난수생성기(QRNG)를 중심으로 양자암호통신 핵심 기술을 고도화하고 있으며, 다수의 상용화를 추진하고 있다. QRNG는 예측할 수 없는 난수를 생성하는 장치다.

실제로 회사는 2021년 IDQ와 공동으로 기업용 IP 장비 보안기술과 양자암호기술을 접목한 솔루션 '퀀텀 VPN 기술'을 개발했으며, 삼성전자와 협력해 IDQ의 QRNG 칩셋을 탑재한 스마트폰 '갤럭시 퀀텀2'를 출시했다. 또한 2022년 8월에는 기존의 공개키 기반 암호키와 QKD 방식으로 분배된 양자키를 조합해 기존 암호화 장비의 비밀키로 사용하는 기술인 '양자통신 암호화장비 하이브리드 키조합' 기술 개발을 완료했다.

이후 2023년에는 QRNG 칩과 암호통신기능 칩을 하나로 통합한 '양자암호원칩'(QKEV7)을 선보였다. 양자암호원칩은 IoT 기반의 다양한 제품과 장치에 강력한 보안 기능을 제공하는 초경량·저전력 칩으로, 양자 기반 암호키 생성과 물리적 복제방지기능(PUF) 등 강력한 보안기술이 적용됐다. 해당 칩은 지난해 11월 국가정보원으로부터 암호모듈검증(KCMVP)을 획득하면서 AI CCTV, 드론, AIoT 등 다양한 기기 탑재도 가능해졌다. KCMVP는 국가 및 공공기관의 중요 정보 보호에 사용되는 암호 체계의 안정성과 구현 적합성을 검증하는 제도로, 현재 국가·공공기관을 위한 정보 보호 시스템에 탑재되는 암호모듈은 반드시 이 인증을 받아야 한다.

이밖에 SKT는 양자내성암호(PQC) 기반의 상용 서비스를 테스트하는 등 양자암호통신 기술 범위 확대에도 적극 나서고 있다. 2022년 9월 국내 최초로 국제망을 이용하는 글로벌 VPN에서 PQC 상용화에 성공했으며, 2023년 12월 글로벌 보안 기업 탈레스와 협업해 PQC를 활용한 SIM-통신망 인증 기술을 개발하고 5G 시험망에 연동했다. 또 지난해에는 PQC 표준 알고리즘과 QKD 시스템을 결합한 'QKD-PQC 하이브리드형 양자암호' 제품을 선보이기도 했다. 양자암호 분야의 양대 기술로 평가되는 PQC와 QKD를 하나의 제품으로 구현해낸 것이다. 이번 제품 출시를 통해 SKT는 'QKD 단독', 'PQC 단독', 'QKD-PQC 하이브리드'의 양자암호 장비 라인업을 갖추게 됐다.

하민용 SKT 글로벌솔루션오피스 담당(CDO)은 "이번 QKD-PQC 하이브리드형 양자암호 제품은 현존하는 가장 강력한 양자보안을 제공하는 제품"이라며 "SKT는 현존 최고의 양자암호 기술로 글로벌 시장 선도와 신규사업 개척이라는 두 마리 토끼를 잡을 것"이라고 밝혔다.

한편, SKT는 QKD, PQC, QRNG를 아우르는 양자암호통신 기술을 바탕으로 통신망 보안에 대한 차별화 솔루션을 확보하고, 향후 5G-어드밴스드, 6G, IoT 진화 등의 영역에서 글로벌 네트워크 보안 표준화를 선도할 계획이다.

◆KT

KT는 지난 2019년 최초 시제품 출시 후 지속적으로 양자암호통신 기술을 개발하고 있다. 핵심 기술력으로는 유무선 양자암호통신 기술 '양자키분배(QKD) 시스템'과 양자암호화 통신장비인 'QENC'가 있다. KT는 QKD를 이용해 2022년 1km, 2023년 2km 구간 무선 양자암호 기술 전송에 성공했으며, 현재는 국내 최장거리인 10km 전송 기술 개발을 추진하고 있다.

또한 KT는 기술 이전을 통해 '양자내성암호(PQC) 솔루션' 서비스를 설계하고 지난해 '하이브리드 양자보안 VPN 서비스' 실증을 완료했다. 전송망에는 QKD 방식을 적용해 물리적 회선의 도청 시도를 원천 차단했으며, VPN 기술에는 양자컴퓨터로도 해독이 불가능한 PQC 기술을 적용해 보안을 강화했다. 실증 과정에서 KT는 양자암호로 전송망을 보호하고, 해당 망에서 국방부-국토부 간 주고받는 공간정보 데이터를 양자보안 VPN으로 보호하는 데 성공했다.

사측은 이번 실증에 대해 "특정 통신 구간에서만 적용되던 양자암호화 기술이 전송망에서 고객 구간까지 확대 적용했다는 점에서 의미가 크다"라며 "KT는 빠르게 변화하는 보안 환경에 대응해 통신 보안 서비스에 지속적으로 힘쓰고 있으며, 양자보안으로의 세대 전환 준비 및 국내 양자산업 역량 강화에 기여하겠다"라고 강조했다.

앞서 KT는 양자암호 VPN의 상용화를 위해 2020년부터 안랩과 협업을 이어왔다. 양사는 정부의 양자암호통신 디지털 뉴딜 사업 참여를 시작으로 이와이엘의 양자난수생성기(QRNG)를 활용한 암호모듈을 개발했으며, 2022년 QRNG 기반 VPN 기술 상용화에 성공했다. 해당 기술은 KT 융합기술원이 2020년 개발한 특허 기술을 토대로 구현한 것으로, 기존 유선 중심으로 활용됐던 양자암호 보안을 무선까지 확장해 보안성을 강화했다. 클라이언트와 서버가 연결되는 구간을 QRNG 방식으로 암호화해 유·무선에 관계없이 양자암호 보안이 가능하며, 소프트웨어 방식으로 난수를 생성하는 일반 VPN 대비 보안성이 높다는 장점이 있다. 향후 KT와 안랩은 양자암호 VPN 구독형 서비스 출시할 예정이며, 관련 사업 영역에서 공동 마케팅도 추진하기로 했다.

이 외에도 KT는 그동안 다양한 산업 분야에서 고객 맞춤형 양자암호통신 서비스를 시행해왔다. 대표적 사례로 △지자체와 군부대 간 재난 대응 협력을 위한 '퀀텀 드론' △자율주행차량의 해킹 위협에 대응하기 위한 '퀀텀 자율주행차' △산업 기밀의 유출을 막기 위한 '퀀텀 VPN' △보안데이터 송수신 관련 '퀀텀 AR글래스' 등이 있다.

◆LG유플러스

LG유플러스는 미래 양자컴퓨터 보급에 대비해 상용망에 강력한 보안 체계를 구축하고 주요 파트너사들과 협력해 양자암호통신 기술 개발을 진행하고 있다. 차세대 핵심 보안 기술인 양자내성암호(PQC)를 기반으로 광통신 전송 장비, USB형 보안 토큰, 어플리케이션 등을 개발했으며, 다양한 분야로 활용 범위를 확장하고 있다.

구체적으로 2018년부터 LG유플러스는 PQC 원천기술을 보유한 크립토랩과 협력해 알고리즘 개발을 시작하고 기술 개발 및 인프라 구축에 착수했다. 이를 통해 2020년 6월, 크립토랩 및 서울대학교 산업수학센터와 함께 세계 최초로 광통신 전송 장비(ROADM)에 PQC 기술을 적용했다. 또한 보안칩 전문기업 아이씨케이홀딩스와 협력해 물리적 복제방지기능(PUF)과 PQC 패스워드 인증을 결합한 'USB형 보안 토큰'(Q-PUF USB)을 개발해 사용자의 인증 과정에서 보안을 한층 강화했다.

2020년에는 과학기술정보통신부와 산하 기관인 한국지능정보사회진흥원(NIA)이 주관하는 '양자암호통신 시범 인프라 구축·운영 사업(디지털 뉴딜 계획)'에 참여해 전용회선, 안면인식 출입 보안 등의 응용 서비스를 산업, 의료, 발전소, 공공기관 등에 적용하고 고객사 실증을 진행했다. 이 일환으로 2021년 PQC를 활용한 별도의 어플리케이션을 출시하고 을지대학교의 의료정보 시스템에 적용해 의료정보보안을 강화했으며, 2022년에는 양자컴퓨터의 해킹 공격을 방어할 수 있는 'U플러스 PQC 전용 회선 서비스'를 세계 최초로 출시했다. 이를 위해 회사는 국내 최대 광전송장비업체 코위버 및 크립토랩과 2019년부터 2년간 기술 개발에 매진해왔다.

이러한 기술력을 기반으로 LG유플러스는 국가 PQC 검증제도 마련에 박차를 가하고 있으며, 표준 제정 작업도 주도하고 있다. 지난해 2월, PQC가 적용된 광통신 전송 장비(Q-ROADM)에 대해 한국정보통신기술협회(TTA)로부터 '보안 기능 확인서'를 획득했으며, 7월에는 한국지능정보사회진흥원과 공동 제안한 '광전송망 PQC 적용방안에 대한 표준안'이 국내 최초로 TTA 표준으로 최종 채택되는 성과를 거뒀다. 이번 표준은 특히 PQC가 적용된 통신장비에 대한 국내 첫 단체표준이라는 점에서 양자보안 시대의 이정표를 세웠다는 평가를 받고 있다.

이 외에도 LG유플러스는 다양한 PQC 기반 서비스 출시해 국내 양자 보안 생태계의 활성화에 기여하고 있다. 대표적으로 △국내 PQC 알고리즘에 미국 국립표준기술연구소(NIST)의 알고리즘을 추가한 기업 전용 네트워크 상품(2022.04) △PQC와 PUF 기술을 동시에 적용한 M2M 단말용 eSIM(2022) △산업용 PQC PUF-USIM(2023.10) △PQC 기반 기업용 가상사설망 솔루션 'U플러스 PQC-VPN'(2024.6) △PQC 기술을 활용한 통합 계정관리 솔루션 '알파키'(2025.1) 등이 있다.

국민대학교 연구진이 LG CNS와 손잡고 양자컴퓨팅 시대에 대비한 이동통신 보안 프로토콜을 구현하는 데 성공했다. 이는 6G로의 전환기에 중요한 기준점을 제시했다는 평가를 받고 있다.

3일 국민대학교 유일선 교수 연구팀은 차세대 이동통신 보안 프로토콜인 '5G-AKA-HPQC'를 구현했다고 발표했다. 5G-AKA-HPQC는 5G-AKA에 순방향 비밀성과 하이브리드 양자내성암호(HPQC) 기술을 적용해 보안의 취약점을 보완한 것이다. 

그동안 5G의 1차 인증 표준인 '5G-AKA'는 링커빌리티 공격(Linkability Attack) 등의 여러 취약점으로 인해 개선이 필요하다는 지적이 계속됨에 따라, 연구팀은 6G 및 양자컴퓨터 시대에도 안전하게 인증 및 키 협상을 수행할 수 있는 프로토콜을 설계했다.

이를 기반으로 연구팀은 현재 LG CNS의 5G 특화망 코어 솔루션인 'LG CNS 5G Core'와의 연동 테스트를 진행하고 있으며, 향후 5G 특화망의 양자 보안 내재화 및 국내 6G 보안기술 경쟁력 확보를 목표로 LG CNS와의 협력을 강화한다는 방침이다.

유일선 교수는 "5G에서 6G로 전환하는 중요한 시기에 5G-AKA-HPQC의 개발은 6G 보안의 방향성을 제시하는 의미 있는 시작이 됐다"라며 "이동통신 양자 보안 내재화 연구를 통해 국내 기술이 세계를 선도할 수 있도록 최선을 다하겠다"라고 포부를 밝혔다.

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부와 정보통신기획평가원이 지원하는 '안전한 차세대 IoT 통신 환경 구축을 위한 양자내성암호 최적화 및 보안 프로토콜 적용 연구' 사업의 일환으로 실시됐다.