Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Log inSign up
Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Blog
Job Board
Q3AS

© 2026 Aqora Quantum S.A.S.

TermsPrivacyLegal Notice

Jouranl of Information and Security

Quantum Error Correction Code Scheme used for Homomorphic Encryption like Quantum Computation

한국과학기술정보연구원/과학기술연구망센터, IlKwon Sohn, Jonghyun Lee, Wonhyuk Lee, Woojin Seok, Jun Heo

Published Sep 30, 2019• 0 citations
Publisher

Abstract

최근 엄청난 계산 능력을 보여주는 양자 컴퓨터와 정보 접근성이 높고 비용이 낮은 클라우드 컴퓨팅에 대한 개발이 활발하 게 이루어지고 있다. 이러한 양자 컴퓨터의 경우 양자오류정정부호가 필수적이며, 클라우드 컴퓨팅의 경우 보안성 및 계산성 을 확보하기 위해 동형암호가 사용될 수 있다. 각각 다른 목적을 위해 사용되는 이 두 기법은 서로 비슷한 가정을 바탕으로 하고 있어, 양자오류정정부호를 기반으로 동형암호를 구성하는 연구들이 진행되어왔다. 따라서 본 논문에서는 일반적인 양자 오류정정부호를 변형하여 동형암호적 양자정보처리가 가능한 기법을 제시한다. 기존의 양자오류정정부호를 이용한 동형암호 기법의 경우 부호를 사용하였지만 오류정정 능력이 전혀 없는데 반해, 제시한 양자오류정정부호 기법을 사용하면 동형암호적 양자정보처리가 가능하면서도, 동시에 양자오류정정부호 본연의 기능인 양자정보의 연산, 저장 중의 오류를 정정할 수 있는 장점이 존재한다.

DOI
10.33778/kcsa.2019.19.3.061

Related papers

A Keyword Network Analysis on Trends in Quantum Cryptography Using Domestic Research Reports

Sang-Wook Kang, Sung-Uk Park

양자암호 기술은 기업 기밀이나 국가적 정보를 보호하기 위해 필수적인 역할을 수행하는 기술로 주목받고 있다. 만약 양자 컴퓨터의 발전으로 기존의 암호화 방식이 무효화 된다면, 개인정보 보호를 위해 양자암호 기술이 유일한 대안으로 부상할 가능성이 크다. 이러한 이유로, 해당 기술은 국가적으로도 매우 중요한 사안으로 인식되고 있다. 본 논문에서는 국내 최초로 양자암호에 대한 국내 연구보고서를 대상으로 키워드 네트워크 분석을 하였고 이에 대한 시사점과 향후 연구방향을 제시함으로써 학술적 가치를 지닌다. 빈도분석, 중심성분석, CONCOR분석을 통해 도출된 주요 키워드와 주요 도전과제, 양자암호 기술의 미래에 대해서는 다음과 같이 요약할 수 있다. 첫째, 클라우드 및 블록체인 보안 강화를 위한 양자암호 알고리즘의 경량화 및 안전성 확보, 둘째, 양자암호 통신 시스템의 기술적 구현을 위한 하드웨어 개발과 표준화, 셋째, 광자기반 양자암호 통신에서 보안성과 해킹 방지를 위한 물리적 인프라 강화, 넷째, 국가 인프라와 에너지 관리 시스템의 보안을 위한 양자암호 기술 적용 및 대규모 데이터 처리이다.

Journal of Korea Technology Innovation Society•Apr 30, 2025•0 citations

Analysis of Quantum Circuit Implementation for Cryptographic Algorithms Resistant to Quantum Computing

Seyoung Yoon, Gyeongju Song, Hwajeong Seo

양자컴퓨팅 환경에서 안전성을 보장하는 암호 알고리즘에 대한 연구는 최근 활발히 진행되고 있다. 본 논문에서는 비밀번호 기반 KDF(Key Derivation Function)인 Bcrypt와 이를 구성하는 Blowfish 블록 암호의 구조, P-array 및 S-box 테이블 업데이트 과정을 분석하고 이를 양자회로로 구현하는 방안을 제시한다. 또한, S-box를 반복적으로 참조하는 Bcrypt 특성상 대규모 qRAM이 필요함을 지적하였으며 다른 KDF인 Scrypt 및 Argon2와 비교함으로써 양자회로 구현의 실현 가능성을 검토하였다. 그 결과, 메모리 접근 방식과 연산 반복도 관점에서 Bcrypt가 상대적으로 많은 큐빗과 깊은 Depth를 요구함을 확인하였으며, 이는 양자컴퓨팅 환경에서도 Bcrypt가 강인한 암호화 알고리즘으로 평가될 수 있음을 시사한다.

The Journal of the Korean Institute of Information and Communication Engineering•Jun 30, 2025•0 citations

Introduction to Quantum Circuit Implementation Using IBM Qiskit

Sangwon Min, Jungsoo Rhee

양자 컴퓨팅과 양자 기술은 암호학과 국방산업 등 다양한 분야에서 기존의 한계를 극복하고 새로운 패러다임을 제공하는 혁신적인 도구로 간주 되고 있다. 이러한 큰 영향력이 기대됨에도 불구하고 양자 컴퓨팅과 양자 기술을 사용할 수 있게 도와주는 양자 코딩에 대한 관심은 상대적으로 적은 것이 사실이다. 최근에는 접근성이 용이한 양자 코딩 플랫폼의 등장으로 실제 양자 컴퓨터를 활용하거나 양자 시뮬레이터를 통해 양자 코드를 작성하고 동작시킬 수 있는 환경이 조성되고 있다. 이에 따라 본 논문은 상용화된 양자 코딩 플랫폼들을 소개하고 큐비트와 양자 게이트에 대해 알아본다. 또, 이를 바탕으로 IBM의 Qiskit을 활용하여 고전 리플 캐리 덧셈(RCA) 알고리즘을 양자 RCA 회로로 구현하는 과정을 상세히 소개한다.

한국통신학회논문지•Jul 21, 2024•0 citations

Sequential Gate Merging Technique for Accelerating Quantum Circuit Simulation

Seungwoo Choi, Enhyeok Jang, Young‐Min Kim +1 more

양자 회로 시뮬레이션은 양자 하드웨어 및 소프트웨어의 검증에 필수적인 역할을 한다. 양자 회로 시뮬레이션은 초기 양자 상태를 나타내는 벡터에 주어진 양자 회로 내의 게이트들에 대응되는 행렬 연산을 순차적으로 수행하는 과정으로 이루어진다. 이 때, 더 빠르고 효율적인 시뮬레이션을 위해 인접한 게이트들을 병합하여 더 큰 게이트로 변환한 뒤 한 번에 연산을 수행하는 게이트 병합 기법이 활용된다. 최신 양자 회로 시뮬레이터인 Qulacs는 회로 내에 모든 양자 게이트 쌍에 대해 두 게이트의 인접 가능성을 확인한 후, 사용자로부터 입력받은 값을 기준으로 특정 블록 사이즈 이하의 Target 큐비트 개수를 가지는 게이트로 병합하는 기법을 제공한다. 하지만 이런 식으로 단일 블록 사이즈를 사용한 게이트 병합 기법은 조건을 만족하는 게이트들을 너무 빠르게 병합해 버리기 때문에, 이후 게이트들에서 더 나은 병합 기회를 놓칠 가능성이 크다는 한계가 있다. 이를 개선하기 위해 우리는 블록 사이즈를 점진적으로 늘려 가며 게이트 최적화를 적용하는 순차적 게이트 병합 기법을 제안한다. 이 기법을 사용하면 게이트들이 점진적으로 병합되어 최종적으로 더 적은 수의 병합된 게이트로 회로 시뮬레이션이 가능해진다. 제안된 순차적 게이트 병합 기법을 MQT benchmark 회로들에 적용한 결과, 평균적으로 Qulacs의 최고 성능 대비 29.9%의 시뮬레이션 속도 향상을 달성할 수 있음을 보였다.

Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers•Mar 31, 2025•0 citations

Number-based High Fidelity Logical Qubit on the Surface Code FTQC

S. W. An, Byung-Soo Choi

양자컴퓨팅이 기존 컴퓨팅의 한계를 돌파하기 위해서는, 양자컴퓨터가 처리 가능한 계산 용량이 증가해야 한다. 하지만 양자 하드웨어의 높은 오류율로 인하여 양자컴퓨터의 계산 용량을 증가시키는 것은 기술적인 어려움을 수반한다. 현재 보편적으로 사용되는 방식은 surface-code 기반 결함허용 양자컴퓨팅 방식으로써, 물리적 큐비트와 게이트의 요구 오류율이 다른 기술에 비해 낮다는 장점을 가지고 있다. 그러나 surface-code 방식 역시 초기 단계의 접근법으로써 다양한 기술적 이슈를 포함하고 있는데 양자컴퓨팅 구현에 사용되는 큐비트 수가 너무 많다는 것이 대표적인 문제점이다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 기존 surface-code 기반 결함허용 양자컴퓨팅에서 주로 사용되는 크기 증가형 방식이 아닌 다수의 하위 수준 논리적 큐비트를 사용하는 방식을 제안한다. 제안하는 방식은 블록 코드 방식에서 사용하는 방식을 surface-code 방식에 적용한 기술이다. 분석결과 동일한 큐비트 자원량을 가정할 때 제안한 기술이 더 낮은 논리적 오류율 특성이 나타남을 확인하였다. 이러한 연구를 토대로 기존의 surface-code방식의 효율성을 개선할 수 있을 것으로 기대한다.

Journal of KIISE•Apr 24, 2024•2 citations

A Proposal for Elementary Education Methods based on Color Phenomena for Understanding the Principles of Quantum Communication

Jinsu Kim, Yu-Jin Jung, Namje Park

기술의 발전이 급속히 진행됨에 따라 교육과정에서의 기술적 문제 해결 능력에 대한 필요성이 강조되고 있으며, 정보통신이나 인공지능 등의 다양한 영역에 대한 교과 과정이 편성되고 있다. 양자 컴퓨팅은 중첩의 원리를 통해 0과 1의 병렬 연산 수행이 가능하여 프로세스 성능을 향상시키며, 양자 통신 과정에서는 제 3자에 의한 탈취가 수행된 경우에 탈취된 데이터가 수신자에게 전달되어도 정상적인 데이터를 획득할 수 없어 미래전략기술로서 활발히 연구되고 있다. 본 논문에서는 양자 컴퓨팅의 원리 이해를 통하여 기술적 해결 능력을 향상시키기 위해 두 가지의 색을 가진 단어와 동일한 색상의 필터를 사용하여 다른 색상의 단어를 획득할 수 있는 색 순응/대비 기반의 교육 방안을 제시한다. 교육의 전후 만족도 조사를 수행한 결과 양자 통신에 대한 이해도에 대한 응답이 2.59점에서 3.84점으로 향상되었음을 확인하였다.

The Journal of Korean Institute of Information Technology•Dec 31, 2024•3 citations
최근 엄청난 계산 능력을 보여주는 양자 컴퓨터와 정보 접근성이 높고 비용이 낮은 클라우드 컴퓨팅에 대한 개발이 활발하 게 이루어지고 있다. 이러한 양자 컴퓨터의 경우 양자오류정정부호가 필수적이며, 클라우드 컴퓨팅의 경우 보안성 및 계산성 을 확보하기 위해 동형암호가 사용될 수 있다. 각각 다른 목적을 위해 사용되는 이 두 기법은 서로 비슷한 가정을 바탕으로 하고 있어, 양자오류정정부호를 기반으로 동형암호를 구성하는 연구들이 진행되어왔다. 따라서 본 논문에서는 일반적인 양자 오류정정부호를 변형하여 동형암호적 양자정보처리가 가능한 기법을 제시한다. 기존의 양자오류정정부호를 이용한 동형암호 기법의 경우 부호를 사용하였지만 오류정정 능력이 전혀 없는데 반해, 제시한 양자오류정정부호 기법을 사용하면 동형암호적 양자정보처리가 가능하면서도, 동시에 양자오류정정부호 본연의 기능인 양자정보의 연산, 저장 중의 오류를 정정할 수 있는 장점이 존재한다.
양자암호 기술은 기업 기밀이나 국가적 정보를 보호하기 위해 필수적인 역할을 수행하는 기술로 주목받고 있다. 만약 양자 컴퓨터의 발전으로 기존의 암호화 방식이 무효화 된다면, 개인정보 보호를 위해 양자암호 기술이 유일한 대안으로 부상할 가능성이 크다. 이러한 이유로, 해당 기술은 국가적으로도 매우 중요한 사안으로 인식되고 있다. 본 논문에서는 국내 최초로 양자암호에 대한 국내 연구보고서를 대상으로 키워드 네트워크 분석을 하였고 이에 대한 시사점과 향후 연구방향을 제시함으로써 학술적 가치를 지닌다. 빈도분석, 중심성분석, CONCOR분석을 통해 도출된 주요 키워드와 주요 도전과제, 양자암호 기술의 미래에 대해서는 다음과 같이 요약할 수 있다. 첫째, 클라우드 및 블록체인 보안 강화를 위한 양자암호 알고리즘의 경량화 및 안전성 확보, 둘째, 양자암호 통신 시스템의 기술적 구현을 위한 하드웨어 개발과 표준화, 셋째, 광자기반 양자암호 통신에서 보안성과 해킹 방지를 위한 물리적 인프라 강화, 넷째, 국가 인프라와 에너지 관리 시스템의 보안을 위한 양자암호 기술 적용 및 대규모 데이터 처리이다.
양자컴퓨팅 환경에서 안전성을 보장하는 암호 알고리즘에 대한 연구는 최근 활발히 진행되고 있다. 본 논문에서는 비밀번호 기반 KDF(Key Derivation Function)인 Bcrypt와 이를 구성하는 Blowfish 블록 암호의 구조, P-array 및 S-box 테이블 업데이트 과정을 분석하고 이를 양자회로로 구현하는 방안을 제시한다. 또한, S-box를 반복적으로 참조하는 Bcrypt 특성상 대규모 qRAM이 필요함을 지적하였으며 다른 KDF인 Scrypt 및 Argon2와 비교함으로써 양자회로 구현의 실현 가능성을 검토하였다. 그 결과, 메모리 접근 방식과 연산 반복도 관점에서 Bcrypt가 상대적으로 많은 큐빗과 깊은 Depth를 요구함을 확인하였으며, 이는 양자컴퓨팅 환경에서도 Bcrypt가 강인한 암호화 알고리즘으로 평가될 수 있음을 시사한다.
양자 컴퓨팅과 양자 기술은 암호학과 국방산업 등 다양한 분야에서 기존의 한계를 극복하고 새로운 패러다임을 제공하는 혁신적인 도구로 간주 되고 있다. 이러한 큰 영향력이 기대됨에도 불구하고 양자 컴퓨팅과 양자 기술을 사용할 수 있게 도와주는 양자 코딩에 대한 관심은 상대적으로 적은 것이 사실이다. 최근에는 접근성이 용이한 양자 코딩 플랫폼의 등장으로 실제 양자 컴퓨터를 활용하거나 양자 시뮬레이터를 통해 양자 코드를 작성하고 동작시킬 수 있는 환경이 조성되고 있다. 이에 따라 본 논문은 상용화된 양자 코딩 플랫폼들을 소개하고 큐비트와 양자 게이트에 대해 알아본다. 또, 이를 바탕으로 IBM의 Qiskit을 활용하여 고전 리플 캐리 덧셈(RCA) 알고리즘을 양자 RCA 회로로 구현하는 과정을 상세히 소개한다.
양자 회로 시뮬레이션은 양자 하드웨어 및 소프트웨어의 검증에 필수적인 역할을 한다. 양자 회로 시뮬레이션은 초기 양자 상태를 나타내는 벡터에 주어진 양자 회로 내의 게이트들에 대응되는 행렬 연산을 순차적으로 수행하는 과정으로 이루어진다. 이 때, 더 빠르고 효율적인 시뮬레이션을 위해 인접한 게이트들을 병합하여 더 큰 게이트로 변환한 뒤 한 번에 연산을 수행하는 게이트 병합 기법이 활용된다. 최신 양자 회로 시뮬레이터인 Qulacs는 회로 내에 모든 양자 게이트 쌍에 대해 두 게이트의 인접 가능성을 확인한 후, 사용자로부터 입력받은 값을 기준으로 특정 블록 사이즈 이하의 Target 큐비트 개수를 가지는 게이트로 병합하는 기법을 제공한다. 하지만 이런 식으로 단일 블록 사이즈를 사용한 게이트 병합 기법은 조건을 만족하는 게이트들을 너무 빠르게 병합해 버리기 때문에, 이후 게이트들에서 더 나은 병합 기회를 놓칠 가능성이 크다는 한계가 있다. 이를 개선하기 위해 우리는 블록 사이즈를 점진적으로 늘려 가며 게이트 최적화를 적용하는 순차적 게이트 병합 기법을 제안한다. 이 기법을 사용하면 게이트들이 점진적으로 병합되어 최종적으로 더 적은 수의 병합된 게이트로 회로 시뮬레이션이 가능해진다. 제안된 순차적 게이트 병합 기법을 MQT benchmark 회로들에 적용한 결과, 평균적으로 Qulacs의 최고 성능 대비 29.9%의 시뮬레이션 속도 향상을 달성할 수 있음을 보였다.
양자컴퓨팅이 기존 컴퓨팅의 한계를 돌파하기 위해서는, 양자컴퓨터가 처리 가능한 계산 용량이 증가해야 한다. 하지만 양자 하드웨어의 높은 오류율로 인하여 양자컴퓨터의 계산 용량을 증가시키는 것은 기술적인 어려움을 수반한다. 현재 보편적으로 사용되는 방식은 surface-code 기반 결함허용 양자컴퓨팅 방식으로써, 물리적 큐비트와 게이트의 요구 오류율이 다른 기술에 비해 낮다는 장점을 가지고 있다. 그러나 surface-code 방식 역시 초기 단계의 접근법으로써 다양한 기술적 이슈를 포함하고 있는데 양자컴퓨팅 구현에 사용되는 큐비트 수가 너무 많다는 것이 대표적인 문제점이다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 기존 surface-code 기반 결함허용 양자컴퓨팅에서 주로 사용되는 크기 증가형 방식이 아닌 다수의 하위 수준 논리적 큐비트를 사용하는 방식을 제안한다. 제안하는 방식은 블록 코드 방식에서 사용하는 방식을 surface-code 방식에 적용한 기술이다. 분석결과 동일한 큐비트 자원량을 가정할 때 제안한 기술이 더 낮은 논리적 오류율 특성이 나타남을 확인하였다. 이러한 연구를 토대로 기존의 surface-code방식의 효율성을 개선할 수 있을 것으로 기대한다.
기술의 발전이 급속히 진행됨에 따라 교육과정에서의 기술적 문제 해결 능력에 대한 필요성이 강조되고 있으며, 정보통신이나 인공지능 등의 다양한 영역에 대한 교과 과정이 편성되고 있다. 양자 컴퓨팅은 중첩의 원리를 통해 0과 1의 병렬 연산 수행이 가능하여 프로세스 성능을 향상시키며, 양자 통신 과정에서는 제 3자에 의한 탈취가 수행된 경우에 탈취된 데이터가 수신자에게 전달되어도 정상적인 데이터를 획득할 수 없어 미래전략기술로서 활발히 연구되고 있다. 본 논문에서는 양자 컴퓨팅의 원리 이해를 통하여 기술적 해결 능력을 향상시키기 위해 두 가지의 색을 가진 단어와 동일한 색상의 필터를 사용하여 다른 색상의 단어를 획득할 수 있는 색 순응/대비 기반의 교육 방안을 제시한다. 교육의 전후 만족도 조사를 수행한 결과 양자 통신에 대한 이해도에 대한 응답이 2.59점에서 3.84점으로 향상되었음을 확인하였다.