과학자들은 양자 우월성의 암호 코드를 해독했습니다.

교토대학교 연구진은 특정 암호 퍼즐이 안전할 때에만 양자 이점이 존재한다는 사실을 발견했습니다. 양자 컴퓨팅과 암호학을 연결하는 이 놀라운 연결고리는 두 분야에 대한 우리의 이해를 근본적으로 바꾸고, 안전하다고 여겨지는 암호 시스템을 불안정하게 만들 수 있습니다. 출처: Shutterstock

전문가들은 양자 컴퓨팅이 컴퓨터의 미래라고 말합니다. 기존 컴퓨터와 달리 양자 컴퓨터는 중첩과 간섭과 같은 양자 물리학의 특성을 활용하여 이론적으로 기존 장비보다 기하급수적으로 성능이 뛰어납니다.

양자 컴퓨터가 현재 기술로는 구현 불가능한 문제를 해결할 수 있을 때, 이를 양자 우위(quantum advantage) 라고 합니다 . 그러나 이러한 우위가 모든 계산에서 보장되는 것은 아니므로, 그러한 우위가 존재하는 조건에 대한 근본적인 의문이 제기됩니다. 이전 연구들은 양자 우위를 위한 다양한 충분 조건을 제시했지만, 이러한 조건의 필요성은 여전히 불분명합니다.

이러한 불확실성에 착안하여 교토 대학의 연구팀은 양자 컴퓨팅과 암호화 (정보를 안전하게 코딩하는 과학)의 기술을 결합한 접근 방식을 사용하여 양자 이점에 대한 필요충분 조건을 이해하고자 노력했습니다.

구체적으로, 연구팀은 양자성 비효율적 검증자 증명(inefficient-verifier proofs of quantumness) 이라는 상호작용 프로토콜에 집중했습니다 . 이 프로토콜은 양자 컴퓨터가 없는 검증자가 양자 증명자와 상호작용하여 실제로 양자 연산 능력을 보유하고 있는지 검증할 수 있도록 합니다. 연구팀은 연구를 통해 이러한 증명의 존재가 일방향 퍼즐(one-way puzzle) 이라는 특정 암호학적 기본 요소의 존재에 달려 있음을 보였습니다 .

이러한 방법들을 통합함으로써 연구팀은 겉보기에 무관해 보이는 양자 이점과 암호 보안이라는 개념을 통합하는 새로운 프레임워크를 도입했습니다. 그 결과, 연구팀은 최초로 양자 이점을 완벽하게 규명할 수 있었습니다.

교신저자인 유키 시라카와는 "우리는 양자 이점의 존재와 특정 양자 암호 기본 요소의 보안성 사이의 동등성을 증명함으로써 양자 이점에 대한 필요충분 조건을 식별할 수 있었습니다."라고 말했습니다.

이러한 결과는 양자 우위가 존재하지 않을 경우, 이전에는 안전하다고 여겨졌던 거의 모든 암호 원시의 보안이 무너진다는 것을 시사합니다. 중요한 점은 이러한 원시가 양자 암호뿐만 아니라 널리 사용되는 기존 암호 원시뿐만 아니라 빠르게 발전하고 있는 포스트 양자 암호 원시까지 포함한다는 것입니다.

양자 컴퓨팅과 암호화의 확립된 동등성은 양자 이점에 대한 미래의 실험적 시연과 해당 분야의 진행 중인 이론적 조사를 위한 더욱 강력한 암호화 기반을 제공합니다.

"양자 우위는 매우 기대되고 활발하게 연구되고 있는 개념이지만, 아직 완전히 이해되지는 않았습니다. 이번 연구는 이 속성에 대한 더 깊은 이해를 향한 중요한 진전을 의미합니다."라고 시라카와는 말했습니다.

연구팀은 향후 연구에서 다른 유형의 양자 이점에 대한 특성화가 확장되어 더욱 일반적인 이론적 틀이 마련될 것으로 기대하고 있습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/07/250727235831.htm