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The Journal of Korean Institute of Information Technology

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

Jinsu Kim, Yu-Jin Jung, Namje Park

Published Dec 31, 2024• 3 citations
Publisher

Abstract

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.

DOI
10.14801/jkiit.2024.22.12.191

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Comparative Analysis of Quantum Computing Performance Analysis Methods

Duwon Lee, Byung-Soo Choi

양자 컴퓨팅은 양자역학적 특성을 이용한 신개념 컴퓨팅을 의미한다. 양자 컴퓨팅과 관련한 연구개발은 크게 활용기술 개발과 구현 기술 개발로 구분되며, 다양한 활용기술과 구현 기술이 제안되고 있다. 현재까지 다양한 구현 기술이 제안되고 있으나, 실제로 비트 컴퓨팅의 한계를 뛰어넘기 위해서는 다양한 기술적 이슈들이 해결되어야 한다. 이 과정에서 양자 컴퓨팅의 성능에 영향을 끼치는 모든 구성 요소들에 대한 기능적, 성능적 요구 수준을 명확히 분석하는 것이 매우 중요하다. 이에 따라, 양자 컴퓨팅 성능 평가 기술 연구개발도 최근 급격한 관심을 받고 있다. 관련하여 이미 다수의 양자 컴퓨팅 성능 평가 기술이 개발되었으나, 양자 컴퓨팅 시스템의 모든 구성요소 중 일부분을 주로 다루고 있거나 혹은 분석 가능 수준이 제한되는 한계점이 지적되고 있다. 이에 양자 컴퓨팅 성능 평가 기술들을 체계적으로 비교 분석하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 이를 달성하기 위하여 최초로 양자 컴퓨팅 풀 스택 구조 관점에서 분석하는 기술을 적용한다. 다음으로 양자 컴퓨팅 성능 평가 기술들을 양자 컴퓨팅 계산 성능 지표 범위(계산 시간 등)와 도출 능력(분석 시간 등) 측면에서 체계적으로 비교하였다. 결론적으로 본 연구를 통해 양자 컴퓨팅 성능 평가 기술은 아직까지는 풀 스택 구조를 모두 분석하지 못하고 있으며, 분석 기술 측면에서 해결해야 할 기술적 이슈가 많음을 확인하였다. 이를 통해 최종적으로 향후 지향해야 하는 연구개발 방향성을 제시한다.

Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers•Mar 31, 2024•0 citations

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

Tendencies and Prospects on Quantum Radar Systems

Jong-Jin Jeong, Sang-Woon Jeon, Bang Chul Jung +2 more

최근 미국, 유럽, 중국을 중심으로 2030년 전후 실전배치를 목표로 6세대 전투기 개발에 대한 연구 및 논의가 활발히 이루어지고 있다. 그에 따라 6세대 전투기의 핵심 기술로 평가받는 차세대 레이다 시스템의 연구 및 개발에 대한 논의도 활발히 진행 중이다. 특히 최근 중국 언론에서 발표된 양자 레이다 시스템의 향상된 표적 검출 및 스텔스 탐지 능력은 차세대 레이다 시스템으로써 양자 레이다의 가능성을 열어두었다. 양자 레이다는 기존의 레이다 시스템을 확장한 개념으로써 빛의 양자상태인 광자 기반 신호의 송수신에 기반하여 표적을 식별한다. 이로 인해 적은 양의 광자를 사용하여 표적 검출이 가능하며 스텔스 기술의 무력화, 전자전 기술의 무력화, 보안성 강화 등 다양한 잠재력을 지닌다. 따라서 본 논문은 양자 기술의 핵심이 되는 양자 얽힘 현상과 양자 레이다 시스템의 핵심 요소인 양자 조명에 대한 전반적인 연구 동향을 살펴본다. 또한 현재까지 연구된 양자 조명의 이론적, 실험적 결과를 바탕으로 양자 조명을 레이다 시스템에 적용했을 경우의 기술적 장점과 구현의 어려움에 대해 분석한다.

한국통신학회논문지•Dec 31, 2018•1 citation

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

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

한국과학기술정보연구원/과학기술연구망센터, IlKwon Sohn, Jonghyun Lee +3 more

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.

Jouranl of Information and Security•Sep 30, 2019•0 citations

Keyword Network Analysis on Quantum Cryptography Trends Using Domestic Media Articles

Sang-Wook Kang, Sung-Uk Park

양자 기술은 기존의 고전 역학 기반 기술과는 본질적으로 차별화된 기술로, 상용화가 이루어진다면 연산 속도의 획기적 향상을 통해 이전에는 불가능했던 다양한 분야에서 혁신적인 변화를 일으킬 것으로 기대된다. 본 논문은 국내에서 처음으로 양자암호와 관련된 언론 기사를 대상으로 키워드 네트워크 분석을 실시하였고, 이를 통해 도출된 시사점과 향후 연구 방향을 제시했다는 점에서 의의를 갖는다. 키워드 네트워크 분석을 통해 도출된 주요 핵심이슈는 다음과 같이 요약할 수 있다. 첫째, 양자암호 기술의 대중화와 체험적 교육을 위한 온오프라인 플랫폼 구축, 둘째, 글로벌 경쟁속에서 양자암호 기술의 발전과 금융ㆍ산업분야 보안 응용, 셋째, 차세대 양자암호 통신망 표준화 및 경쟁력 강화를 위한 네트워크 인프라 구축, 넷째, 양자암호 기술의 클라우드 및 통신 인프라 상용화와 글로벌 시장 진출이다.

Han-guk jeonja georae hakoeji•May 31, 2025•0 citations
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.
양자 컴퓨팅은 양자역학적 특성을 이용한 신개념 컴퓨팅을 의미한다. 양자 컴퓨팅과 관련한 연구개발은 크게 활용기술 개발과 구현 기술 개발로 구분되며, 다양한 활용기술과 구현 기술이 제안되고 있다. 현재까지 다양한 구현 기술이 제안되고 있으나, 실제로 비트 컴퓨팅의 한계를 뛰어넘기 위해서는 다양한 기술적 이슈들이 해결되어야 한다. 이 과정에서 양자 컴퓨팅의 성능에 영향을 끼치는 모든 구성 요소들에 대한 기능적, 성능적 요구 수준을 명확히 분석하는 것이 매우 중요하다. 이에 따라, 양자 컴퓨팅 성능 평가 기술 연구개발도 최근 급격한 관심을 받고 있다. 관련하여 이미 다수의 양자 컴퓨팅 성능 평가 기술이 개발되었으나, 양자 컴퓨팅 시스템의 모든 구성요소 중 일부분을 주로 다루고 있거나 혹은 분석 가능 수준이 제한되는 한계점이 지적되고 있다. 이에 양자 컴퓨팅 성능 평가 기술들을 체계적으로 비교 분석하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 이를 달성하기 위하여 최초로 양자 컴퓨팅 풀 스택 구조 관점에서 분석하는 기술을 적용한다. 다음으로 양자 컴퓨팅 성능 평가 기술들을 양자 컴퓨팅 계산 성능 지표 범위(계산 시간 등)와 도출 능력(분석 시간 등) 측면에서 체계적으로 비교하였다. 결론적으로 본 연구를 통해 양자 컴퓨팅 성능 평가 기술은 아직까지는 풀 스택 구조를 모두 분석하지 못하고 있으며, 분석 기술 측면에서 해결해야 할 기술적 이슈가 많음을 확인하였다. 이를 통해 최종적으로 향후 지향해야 하는 연구개발 방향성을 제시한다.
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.
최근 미국, 유럽, 중국을 중심으로 2030년 전후 실전배치를 목표로 6세대 전투기 개발에 대한 연구 및 논의가 활발히 이루어지고 있다. 그에 따라 6세대 전투기의 핵심 기술로 평가받는 차세대 레이다 시스템의 연구 및 개발에 대한 논의도 활발히 진행 중이다. 특히 최근 중국 언론에서 발표된 양자 레이다 시스템의 향상된 표적 검출 및 스텔스 탐지 능력은 차세대 레이다 시스템으로써 양자 레이다의 가능성을 열어두었다. 양자 레이다는 기존의 레이다 시스템을 확장한 개념으로써 빛의 양자상태인 광자 기반 신호의 송수신에 기반하여 표적을 식별한다. 이로 인해 적은 양의 광자를 사용하여 표적 검출이 가능하며 스텔스 기술의 무력화, 전자전 기술의 무력화, 보안성 강화 등 다양한 잠재력을 지닌다. 따라서 본 논문은 양자 기술의 핵심이 되는 양자 얽힘 현상과 양자 레이다 시스템의 핵심 요소인 양자 조명에 대한 전반적인 연구 동향을 살펴본다. 또한 현재까지 연구된 양자 조명의 이론적, 실험적 결과를 바탕으로 양자 조명을 레이다 시스템에 적용했을 경우의 기술적 장점과 구현의 어려움에 대해 분석한다.
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.
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.
양자 기술은 기존의 고전 역학 기반 기술과는 본질적으로 차별화된 기술로, 상용화가 이루어진다면 연산 속도의 획기적 향상을 통해 이전에는 불가능했던 다양한 분야에서 혁신적인 변화를 일으킬 것으로 기대된다. 본 논문은 국내에서 처음으로 양자암호와 관련된 언론 기사를 대상으로 키워드 네트워크 분석을 실시하였고, 이를 통해 도출된 시사점과 향후 연구 방향을 제시했다는 점에서 의의를 갖는다. 키워드 네트워크 분석을 통해 도출된 주요 핵심이슈는 다음과 같이 요약할 수 있다. 첫째, 양자암호 기술의 대중화와 체험적 교육을 위한 온오프라인 플랫폼 구축, 둘째, 글로벌 경쟁속에서 양자암호 기술의 발전과 금융ㆍ산업분야 보안 응용, 셋째, 차세대 양자암호 통신망 표준화 및 경쟁력 강화를 위한 네트워크 인프라 구축, 넷째, 양자암호 기술의 클라우드 및 통신 인프라 상용화와 글로벌 시장 진출이다.