QKD 기술적 애로사항 및 극복 방안

 

 

🔧 1. 기술적 애로사항 및 극복 방안

구분 주요 애로사항 극복 방안

1-1. 전송 거리 한계	광섬유 내 광손실(약 0.2 dB/km)로 수십~수백 km에서 키율 급감	✅ 양자 중계기(Quantum Repeater) 연구 ✅ 위성 QKD(Satellite QKD) 적용 ✅ 다중 홉(Multi-hop) 네트워크 구조 설계
1-2. 단일광자 소스 구현 어려움	현재 상용화된 소스는 완전한 단일광자 X → 보안성 저하 가능	✅ 적정 강도 조절된 약한 코히런트 광(Weak Coherent Pulse) + 광자 수 분포 모니터링 양자 점(Quantum Dot) 기반 단일광자 소스 연구
1-3. 단일광자 검출기의 민감도 및 잡음 문제	고감도 SPD(Single Photon Detector)는 고가, 잡음 발생	✅ SNSPD (Superconducting Nanowire SPD) 등 차세대 검출기 연구 ✅ 다중 검출기 배열 + 노이즈 보정 알고리즘 적용
1-4. 키 생성 속도 한계	실시간 암호통신에 비해 생성 속도 낮음	✅ 병렬화(Multi-channel QKD) 및 고속 변조기 도입 ✅ 전처리 알고리즘 최적화 (Sifting, EC, PA 단계 가속)
1-5. 시스템 통합 난이도	양자채널과 고전채널 동기화, 시계열 정합 어려움	✅ 내장형 시계 동기화 회로 개발 ✅ ASIC 기반 SoC화(QPIC) 통한 집적화

---

💰 2. 경제·산업적 애로사항 및 극복 방안

구분 주요 애로사항 극복 방안

2-1. 고비용 구조	단일광자 소자, 광모듈, 검출기 가격이 높음	✅ MPW(Multi Project Wafer) 기반 ASIC 개발 → 양산단가 절감 ✅ 상용화 광모듈과 결합한 Hybrid 구조 개발
2-2. 산업표준 부재	장비 간 호환성, 프로토콜 일관성 부족	✅ ITU-T Y.3800 시리즈 등 국제표준 참여 및 국내 KS 인증화 추진 ✅ QKD 상호운용성 테스트베드 구축 필요
2-3. 운용 및 유지보수 어려움	온도 민감도, 광정렬 민감, 실시간 오류 대응 필요	✅ 자체 진단 기능 탑재(QKD Health Monitoring) ✅ 자동 광정렬 모듈, 실시간 에러 보정 알고리즘 개발
2-4. 인프라 적용성 낮음	기존 VPN, TLS, IPsec 등 고전 암호 시스템과의 연동 어려움	✅ QKD-암호기 통합 게이트웨이 개발 ✅ Key Management System(KMS) 및 보안 HSM 연동
2-5. 보안성과 경제성 간 불균형	국가/금융 외 일반 분야에선 ROI 낮음	✅ 스마트그리드, 의료, 자율주행 등 특화시장 선정 후 우선 적용 ✅ B2B 보안 서비스 모델 개발 (예: QKD-as-a-Service)

---

🧩 3. 시스템 설계 및 운용 측면 애로사항

애로 요인 설명 극복 방안

시스템 크기 및 전력 소비	실험실 규모 → 실전 배치 어려움	✅ CMOS 기반 QPIC 집적화 ✅ 휴대형 모듈화 설계 (ex. QKD 라우터, QKD Dongle)
실시간 장애 대응 미흡	광채널 단선/광자 손실 시 즉시 탐지 어려움	✅ AI 기반 장애 예측 및 자동 보정 알고리즘 탑재
QKD 채널 관리	양자채널 전용 라인의 수요 증가	✅ SDN 기반 QKD 채널 동적 재구성 기술 도입

---

📌 요약 정리

범주 핵심 애로 극복 방향

기술적	거리, 속도, 정합성	위성-QKD, ASIC-QPIC, 병렬화
산업적	고비용, 표준 부재	MPW, 국제표준화, KMS 연동
적용성	통합, 유지보수	QKD 게이트웨이, 자가 진단
시장성	ROI 불균형	특화시장, 보안서비스화

---

QKD는 여전히 **기술 성숙도(TRL)**가 제한적이지만, 보안 인프라의 패러다임 전환을 선도하는 전략적 기술입니다.
국가 기반시설, 금융·방산, 양자 네트워크 시대의 기반 기술로 육성하기 위해선:

• 정부 주도 시범망 구축 및 산업 연계 R&D 강화
• 저가형 QPIC 설계 및 검출기 국산화
• QKD-기존 네트워크 융합을 위한 통합 표준화 전략

이 필요합니다.