양자 리피터 최근 연구 동향 (2023~2025년)

최근 몇 년간 전 세계적으로 양자 리피터와 양자 네트워크 분야에서 눈에 띄는 연구 결과와 시연이 보고되고 있습니다. 아래에 2023~2025년 사이의 주요 연구 동향과 실험 성과를 시간순으로 정리합니다.

• 2021~2022: 소규모 양자 네트워크 실현 – 네덜란드 Delft 대학 QuTech 팀이 세계 최초의 다중 노드 양자 네트워크를 실험적으로 구현했습니다. 3개의 원격 노드(Alice, Bob, Charlie)에 다이아몬드 NV 센터 스핀 큐비트를 각각 두고, Bob 노드에 통신 큐비트-메모리 쌍을 구성하여 양자 얽힘 교환으로 Alice와 Charlie 사이에 직접 얽힘을 분배했습니다physicsworld.com. 이로써 인접하지 않은 노드 간 (Alice–Charlie) 양자 텔레포테이션에 성공하여, 실험적으로 네트워크 형태의 양자 통신을 입증하였습니다nature.com. 해당 연구는 Nature지에 발표되었고, 다자간 양자 프로토콜의 가능성을 처음 보여준 사례로 평가됩니다.

• 2023: 장거리 메모리 기반 얽힘 분배 – 중국 과학기술대학교(USTC) 판 젠웨이(Pan Jian-Wei) 교수팀은 원격 원자 메모리 노드 간의 얽힘 분배를 달성했습니다. 3개의 독립된 원자 앙상블 양자 메모리 노드를 최대 12.5 km 거리로 떨어뜨리고, 중앙의 광자 중계 서버를 통해 아무 두 노드 간 동시 얽힘 생성에 성공하였습니다english.cas.cn. 특히 메모리에 저장된 얽힘 상태의 수명이 노드 간 왕복 통신 시간보다 길어, 한 노드쌍의 얽힘을 유지하면서 다른 노드와도 얽힘을 맺는 다중 얽힘 연결을 시현했습니다english.cas.cn. 이는 실험실 수 m 규모를 넘어 도시 규모(수십 km)의 양자망으로 확장한 최초 사례로, Nature지 2024년 5월호에 게재되었습니다. 이 성과를 통해 양자 인터넷 연구가 새로운 단계에 접어들었다는 평가를 받았습니다english.cas.cn.
• 2024: 도시 간 양자 링크 구축 – Delft 대학 QuTech 연구진은 실험실 밖 실제 도시 환경의 양자 네트워크를 시연하였습니다. 2024년 10월, 네덜란드 Delft와 Den Haag(헤이그) 두 도시의 소형 양자 프로세서를 지하에 이미 설치된 25 km 길이 광섬유로 연결하여, 원격 양자 프로세서 간 얽힘 생성에 성공했습니다sciencedaily.com. 이 네트워크는 완전히 독립적으로 동작하는 노드들로 구성되었고, 기존 통신망 인프라를 활용했다는 점에서 큰 의의가 있습니다sciencedaily.com. 연구팀은 광자 손실을 극복하기 위한 효율적인 프로토콜과 성공 시 즉시 확인 가능한 피드백 기법을 개발하여, 실험실이 아닌 실제 필드 환경에서도 안정적인 얽힘 연결을 확보했습니다sciencedaily.com. 해당 결과는 Science Advances에 발표되었으며, 양자 인터넷의 실용화를 향한 중요한 진전으로 평가받았습니다.
• 2025: 초장거리 양자통신 테스트베드 – 영국에서는 브리스톨(Bristol)과 케임브리지(Cambridge) 간 410 km에 달하는 광섬유를 통해 양자 보안 통신망을 시연했습니다. 이 네트워크는 중간에 3개의 중계 노드를 두고, 한편으로는 단일 광자 QKD 방식과 다른 한편으로는 얽힘 기반 QKD 방식을 동시에 통합하여 작동시켰습니다quantumcomputing. 연구진은 표준 광통신 인프라에서 얽힘 분배와 양자 키 분배를 접목한 초장거리 통신을 구현함으로써, 국가 규모 양자망의 단계적 구축 가능성을 보여주었습니다quantumcomputing. 이 성과는 2025년 3월 OFC 학회에서 보고되었으며, 이어서 영국 통합 양자 네트워크 허브 프로젝트로 발전되고 있습니다quantumcomputing.

• 위성 기반 양자 중계 – 지상망뿐 아니라 위성-지상 간 양자통신도 중요한 동향입니다. 중국은 2016년 발사한 미카오스(Micius) 양자위성을 통해 2017년 세계 최초로 위성에서 지상으로 양자 얽힘 광자 쌍 전송에 성공하였고, 이는 1200 km 이상의 거리에 대한 얽힘 분배를 보여주었습니다english.cas.cn. 이후 위성을 이용한 양자 키 분배와 양자 텔레포테이션 실험도 수행되어, 위성이 장거리 양자 네트워크의 유용한 중계 노드가 될 수 있음을 입증했습니다. 현재 중국은 다수의 양자위성으로 구성된 전 지구적 양자통신망을 2030년대 구축하는 계획을 추진 중입니다. 유럽 우주국(ESA)과 미국 NASA도 각각 위성 양자통신 실험과 시범 프로젝트(QEYSSat 등)를 진행하거나 준비 중이며, 지상의 광섬유 양자망과 위성 링크를 연계한 하이브리드 네트워크 연구가 활발합니다.

이 밖에도 양자 메모리와 광자 간 얽힘 생성 기술에서의 성과로서, 2025년 초에는 상온 동작하는 양자 메모리와 통신 파장 광자 간의 얽힘을 성공시켰다는 보고가 있어 주목받았습니다. 또한 초전도 큐비트나 이온트랩 기반 양자 프로세서를 네트워크로 연결하여 분산 양자연산을 구현하는 연구도 병행되고 있습니다. 이처럼 2023년부터 2025년에 걸쳐 양자 리피터를 활용한 양자망 실현이 실험적으로 한층 구체화되고 있으며, 거리 기록과 신뢰성 측면에서 지속적으로 갱신되고 있습니다.

4. 관련 기업 및 국제 동향

양자 리피터와 양자 네트워크 기술은 산학연 각 부문에서 국제적인 협력과 경쟁이 이루어지고 있습니다. 주요 기업과 연구기관, 그리고 국가 차원의 전략 동향은 다음과 같습니다.

주요 기업/기관의 활동

• IBM: IBM은 양자 컴퓨팅 분야의 선두주자로서 양자 통신에도 적극 참여하고 있습니다. IBM 연구소는 초창기부터 양자 암호(QKD) 실험을 진행했으며, 최근에는 양자 프로세서 간 엔탱글먼트 네트워크를 구축하기 위한 연구를 수행 중입니다. 예를 들어 IBM은 자사의 클라우드 양자 컴퓨터들을 연결해 원격 양자 텔레포테이션을 실험하거나, 양자 컴퓨팅 노드를 양자 네트워크 허브로 활용하는 방안을 모색하고 있습니다. 또한 IBM은 미국 국가 양자 이니셔티브 하에서 진행되는 양자 인터넷 연구 컨소시엄에 참여하여, 양자 중계 알고리즘과 프로토콜 표준화에 기여하고 있습니다.
• QuTech (네덜란드 델프트 공대): QuTech는 양자 인터넷 연구의 선두 기관으로, 2021년 세계 최초 3노드 양자 네트워크 시연physicsworld.com을 비롯해 지속적으로 혁신을 이끌고 있습니다. QuTech는 네덜란드 정부 및 유럽연합의 지원 아래 양자 리피터 하드웨어 (NV 센터, 초전도 등) 개발부터 네트워크 프로토콜 스택까지 풀 스택(full-stack) 접근을 하고 있습니다. 2024년에는 Delft-헤이그 도시 테스트베드에서 25 km 양자 링크 실증sciencedaily.com을 이끌었고, 현재 스케일업된 양자망 프로토타입 구축을 진행 중입니다. QuTech는 유럽 **Quantum Internet Alliance(QIA)**의 중심 기관으로서 각국 연구소와 협력하고 있습니다.
• Quantum Internet Alliance (QIA): QIA는 EU 양자 플래그십 프로그램의 일환으로 2018년 출범한 컨소시엄으로, “유럽형 양자 인터넷” 구축을 목표로 합니다. 2023년 현재 40여 개 기관이 참여하고 있으며nl.linkedin.com, 양자 메모리, 중계기, 네트워크 제어 등 다양한 세부 과제를 분담하고 있습니다. QIA는 2025년대 중반까지 유럽 내 수개 도시를 연결하는 양자 인터넷 시제품을 개발할 계획이며quantuminternetalliance.orgqutech.nl, 정기적으로 Quantum Internet Hackathon과 Application Challenge 등을 개최하여 양자망 소프트웨어와 활용 사례 개발도 병행하고 있습니다. 이처럼 QIA는 유럽 전역의 역량을 모아 표준과 기술을 주도하는 협력체입니다.
• KIST (한국과학기술연구원): KIST는 국내에서 양자정보통신 연구를 선도하는 기관으로, 양자 메모리 및 양자 중계기 기술 개발에 힘쓰고 있습니다. 예를 들어 KIST 양자기술연구단은 루비듐 원자 증기 등을 이용한 양자 메모리 구현, 양자 얽힘 광원 개발 등의 연구를 진행해 왔습니다. 또한 한국형 양자인터넷 구축을 위해 양자 리피터 시험망 개념을 제시하고, 해외 기관(예: 캐나다 IQC 등)과의 협력을 통해 기술 교류를 활발히 하고 있습니다. 2022년에는 KAIST-하버드 대학과 공동으로 양자 리피터 연구센터 설립을 추진하여, 장거리 양자 네트워크 핵심 기술을 개발하는 등 국제 협력도 진행하고 있습니다quantumzeitgeist.com. KIST는 이러한 연구 역량을 바탕으로 국가 양자 네트워크 실증 프로젝트에도 참여할 예정입니다.

(이 밖에 Cisco, ID Quantique, Toshiba 등도 양자암호 네트워크와 양자 중계 기술에 뛰어들고 있으나, 질문 범위에 언급된 주요 사례에 한해 기술합니다.)

각국 정부의 양자 네트워크 전략

• 미국: 2018년 「국가 양자 이니셔티브 법(NQI Act)」 이후 양자인터넷 R&D에 대한 대규모 투자가 이뤄지고 있습니다. DOE(미 에너지부)는 2020년 **양자인터넷 청사진(Quantum Internet Blueprint)**을 발표하여, 전국적인 양자 통신 테스트베드 구축 로드맵을 제시했습니다. 시카고 양자교환(CQE) 등을 통해 Fermilab–Argonne 간 84 km 양자 루프에서 얽힘 분배를 시연chicagoquantum.org하는 등 초기 실험에 성공했고, 이를 토대로 중부 양자백본망을 확장하고 있습니다. DARPA도 QUEST 프로그램 등을 통해 위성 양자링크 연구를 지원하며, 표준화 기구인 QED-C를 통해 인터넷 프로토콜 표준 작업에도 착수했습니다. 미국 정부는 2030년대 초에 도시-도시 간 양자망 실현을 목표로, 국방, 금융에 응용할 양자 네트워크 시범사업을 진행하고 있습니다.
• 중국: 중국은 양자통신 분야에서 선도적인 행보를 보이고 있습니다. 2016년 세계 최초의 양자위성 미카오스 발사english.cas.cn, 2017년 위성-지상 얽힘 분배 성공에 이어, 2017년에 베이징-상하이 간 2000 km QKD 광통신망을 구축(중간 거점은 고전 보안노드 활용)하여 실용화 단계에 들어섰습니다. 13차 5개년 계획부터 양자통신을 전략 산업으로 지정하였고, 2021년에는 합폐회로 없는 양자중계기 개발 등 양자인터넷 장기목표를 천명했습니다. 2024년에는 앞서 언급한 도시 규모 양자 메모리 네트워크 실증에 성공하면서 기술적 우위를 이어가고 있습니다. 현재 다수의 **양자위성 별자리(콘스텔레이션)**를 구축해 위성 간 양자얽힘 중계까지 포함하는 전지구 양자네트워크를 2030년경 완성하겠다는 로드맵을 추진 중입니다. 중국 과기부 및 대학들은 국제 표준화 (ITU-T 등) 작업에도 적극 참여하며 기술패권 확보에 나서고 있습니다.
• 유럽연합(EU): EU는 2018년 Quantum Flagship 프로그램으로 양자인터넷을 10년 장기 프로젝트로 선정했습니다. 앞서 소개한 QIA 컨소시엄을 중심으로 연구를 진행함과 동시에, 실용화를 위해 EuroQCI(European Quantum Communication Infrastructure) 이니셔티브를 출범하여 유럽 전역에 양자 통신 인프라를 깔고 있습니다. EuroQCI는 2027년까지 각 회원국의 주요 도시를 양자 키 분배망으로 연결하고, 장차 이를 양자 리피터로 업그레이드해 범유럽 양자 인터넷으로 발전시키는 것을 목표로 합니다. 유럽우주국은 SAGA 프로그램 등을 통해 양자위성 개발도 병행하고 있어, 지상과 위성을 아우르는 통합망 구상이 진행 중입니다. 각국 정부 차원에서도 독일, 네덜란드, 영국, 프랑스 등이 국책 과제로 양자 네트워크 테스트베드를 구축하고 있으며, EU 집행위는 2021년 발표된 『2030 Digital Compass』에서 양자인터넷 구축을 디지털 혁신의 하나로 명시한 바 있습니다.
• 한국: 한국은 2023년 「퀀텀 이니셔티브」 국가전략을 수립하고 양자기술 투자를 본격화하고 있습니다. 2025년 3월 양자전략위원회 출범식에서 정부는 양자중계기 기반 양자네트워크 개발을 국책 플래그십 프로젝트로 추진할 것을 발표했습니다m.cartech.nate.com. 이는 1000큐비트급 양자컴퓨터 개발과 더불어 양자인터넷 핵심 기술 확보를 국가 전략으로 삼은 것입니다. 현재 과기정통부 산하에 양자통신 시험망 구축사업이 진행되고 있으며, KT, SK텔레콤 등 통신사들도 양자암호 통신망을 고도화하면서 장차 양자중계기 도입을 위한 인프라 준비를 하고 있습니다. 예를 들어 SK텔레콤은 ITU-T에 양자중계기 관련 글로벌 표준 작업을 제안하고 있고, 국내 연구진은 초전도 통신용 큐비트 개발, 양자메모리-광자 변환 소자 연구 등에 힘쓰고 있습니다. 한국 정부는 국제 협력에도 참여하여, 한미 양자협력센터를 설립하고 미/EU 등과 양자인터넷 연구를 공동 추진하고 있습니다. 이를 통해 2030년대에 한국 내 주요 거점을 연결하는 국내 양자인터넷 실현을 장기 목표로 삼고 있습니다.

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이상으로 양자 리피터의 개념과 필요성, 세대별 기술 구성과 과제, 최신 연구 동향, 기업 및 국제사회 동향을 살펴보았습니다. 양자 리피터는 양자 인터넷의 핵심 요소로서, 가까운 미래에는 1세대 장치의 실용화가, 장기적으로는 2세대·3세대 기술의 발전이 기대됩니다. 각국과 기업들의 활발한 연구개발을 통해 머지않아 현재의 인터넷을 능가하는 양자 통신 인프라가 등장할 것으로 전망됩니다chicagoquantum.orgchicagoquantum.org. 이는 보안통신, 분산양자컴퓨팅, 센싱 등 다양한 혁신을 가져올 것이며, 양자 리피터 기술은 그 도약을 가능케 하는 중추적인 열쇠가 될 것입니다.