차세대 이동통신 ‘6G’에서는 양자컴퓨터가 네트워크 최적화에 중요한 역할을 맡게 될 전망이다.
LG유플러스와 카이스트 이준구 교수 연구팀, 한동수 교수 연구팀은 14일 양자 컴퓨터 기반 6G 저궤도 위성 네트워크 최적화 연구 결과를 발표했다. 양측은 지난해 12월부터 6개월간 ‘D-웨이브 양자컴퓨터’로 6G 저궤도 위성 네트워크 망 구조 최적화 연구를 진행했다.
6G는 10GHz~10THz 사이 초고주파 대역을 사용하며 이론상 5G 대비 최대 50배 빠른 1Tbps 속도를 구현할 수 있는 통신기술이다. 그러나 주파수는 특성상 높은 대역일수록 장애물을 잘 넘지 못하고 도달 거리가 짧아지는 단점이 있다. 현재 5G가 LTE보다 속도는 빨라도 연결의 안정성, 서비스 범위 등에선 만족할 만한 품질을 보여주지 못하는 이유도 이와 무관하지 않다.
6G는 5G에 사용 중인 GHz를 넘어 THz 주파수를 사용한다. 따라서 통신업계는 안정적인 통신 품질 보장을 위해 지상 무선국 외에도 지형지물의 영향을 받지 않는 인공위성과의 연계가 반드시 필요하다고 보고 있다. 이때 필요한 건 고도 200km~2000km에 띄우는 저궤도 위성이다. 저궤도 위성은 널리 쓰이는 정지궤도 위성(고도 3만6000km)보다 전파 손실이 적어 6G 구축에 적합하다.
그러나 6G에 저궤도 위성 네트워크를 최적화하려면 고난도 기술이 필요하다. 이는 정지궤도 위성과 달리 저궤도 위성은 위치가 실시간으로 바뀌기 때문인데, 이 경우 서비스 제공을 위한 위성의 수가 많아질수록 더 단시간에 위성 간 최적의 데이터 전송 경로를 찾아야 하는 과제가 따른다.
이 문제에 관해 LG유플러스와 카이스트 연구팀은 하나의 위성에서 통신할 수 있는 주변 위성의 개수와 거리를 양자컴퓨터로 빠르게 계산하는 새 알고리즘을 고안했다. 양자컴퓨터는 양자의 물리적 특성을 적용해 기존 컴퓨터보다 연산 능력을 수만배 이상 끌어올린 차세대 컴퓨터다. 현재 IBM, 구글, AWS, 마이크로소프트 등 글로벌 IT기업에서 양자컴퓨터 연구를 진행하고 있다. 특히 캐나다의 D-웨이브(D-wave)는 세계 최초로 상용화된 양자컴퓨터 클라우드 구독서비스를 제공 중이다.
연구팀은 양자컴퓨터 기반 위성 네트워크 최적화 알고리즘을 적용해 기존 알고리즘보다 홉(Hop)의 수, 경로 길이가 획기적으로 감소하는 결과를 얻었다고 설명했다. 홉은 통신을 연결하지 않고 건너 뛰는 연결점이다. 홉의 수가 적을수록 최적화 수준이 높은 것으로 해석된다. 또 연구팀에 따르면 해당 알고리즘으로 위성통신도 지상통신과 차이가 없는 수준의 초성능(1Gbps 이상의 이용자 체감 속도), 초정밀(종단간 지연시간 5ms 이하) 서비스 구현이 가능하다는 점도 확인됐다.
나아가 이 같은 기술이 상용화되면 6G가 추구하는 ‘초공간성’ 구현도 어렵지 않을 전망이다. 초공간은 지상에서 고도 10km까지, 최대 시속 1000km로 움직이는 물체에도 통신 연결이 가능한 환경이다. 즉, 비행기나 사막 등 지금은 통신 서비스 연결이 불가능한 지역에서도 6G 통신이 가능해질 것임을 의미한다.
이상헌 LG유플러스 NW선행개발담당은 “다가올 6G 시대에 앞서 선진 기술을 선도적으로 연구함으로써 고객에게 빼어난 경험을 제공하겠다"고 말했다. 이준구 카이스트 IT융합연구소 소장, 주식회사 큐노바 대표도 “산학 협력을 통해 양자컴퓨터의 6G 통신 적용 사례를 발굴해보는 의미있는 연구였다”고 전했다.
한편 LG유플러스는 양자컴퓨터 활용 연구 외에도 양자컴퓨터의 공격을 막을 수 있는 ‘양자내성암호(PQC)’를 적용한 기업전용회선을 지난 4월 상용화하며 양자 통신·보안 연구를 지속하고 있다.