국제 연구진이 양자컴퓨팅 환경에서 양자내성암호 대표문제 공략 가능성을 다시 한번 입증했다. 양자샘플의 구성부터 알고리즘 계산에 이르기까지의 전 과정을 세계 최초로 분석·증명한 것이다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 국제 공동연구진과 격자 기반(lattice-based) 양자내성암호의 기반 문제인 ‘이진 선형잡음문제’의 공략 가능성을 증명했다고 16일 밝혔다. 이 논문은 물리학 전문 학술지인 뉴 저널 오브 피직스(New Journal of Physics)에 게재됐다.

연구진은 올해 초 선형잡음문제 분할정복(divide-and-conquer) 알고리즘을 개발한 데 이어 이번에는 알고리즘 계산에 필요한 양자샘플의 구성부터 주된 알고리즘 계산에 이르기까지의 모든 과정을 결함허용 양자컴퓨팅 관점에서 최적화했다.

연구진은 양자샘플의 생성 및 활용을 단순히 가정하는 기존 연구들과는 달리, 양자샘플을 구성하고 메인 계산에 활용하는 전 과정을 최적화했다는 점에서 의미가 있다고 설명했다. 

양자샘플을 구성하기 위한 양자회로를 알고리즘에 종합적으로 분석하고 최적화한 연구는 이번이 처음이다. 

양자샘플은 고전 컴퓨터에서의 데이터와 같은 것으로, 양자컴퓨터의 활용을 위해서는 그 구성과 활용이 필수다. 연구진은 이진 선형잡음문제 공략 알고리즘을 위한 양자샘플 구성에 있어서 각기 다른 인코딩 방법을 사용해 이를 최적화했다. 

양자샘플 구성에는 ‘원-핫(One-Hot) 인코딩’ 방법을 활용했다. 다수의 ‘0’과 한 개의 ‘1’값으로 데이터를 구분하는 인코딩 방식인데, 주로 머신러닝(ML) 등에서 널리 활용되고 있다.

이와 달리, 주된 알고리즘 계산에는 ‘이진(Binary) 인코딩’을 사용했다. 이는 잘 알려진 ‘0’과‘1’ 방식의 이진법을 활용한 정표현 방법이다. 

연구진은 개별 인코딩 적용 방식을 통해 결함허용 양자컴퓨팅의 구동 자원을 최적화하면서 이진 선형잡음문제의 다항시간 내 공략 가능성을 증명했다고 전했다.

ETRI 방정호 양자컴퓨팅연구실장은 “선형잡음문제의 양자 공략가능성에 대해 한 걸음 더 전진한 연구결과”라며 “다만, 여전히 결함허용 논리 큐비트를 구현하고 양자 레지스터의 규모를 확장하는 일은 양자컴퓨팅 분야의 커다란 숙제”라고 말했다. 

공동 교신저자인 영국 임페리얼대 김명식 교수도 “잡음을 동반한 선형문제는 공학 및 정보보안 등 응용성이 높은 매우 중요한 문제”라고 전제하며 “기존 연구에서는 양자샘플이 이미 준비돼 있거나 효율적으로 만들 수 있다고 가정해 해당 문제를 다뤘던 반면, 이번 연구에서는 양자샘플의 생성을 비롯한 모든 계산과정을 분석해 양자공략 가능성을 보였다는 점에서 의의가 있다고 본다”고 전했다.

연구진은 향후 동일한 개별 인코딩 적용 방식을 기반으로 양자 데이터 검색 알고리즘의 계산자원량을 결함허용 관점에서 정밀 분석하는 연구를 수행할 예정이다.