양자 컴퓨터

양자 컴퓨터(Quantum Computer)와 관련하여 다음을 설명하시오

(1) 양자 특징

(2) 시스템에서 사용하는 큐비트(Qubit)

(3) 양자암호기술과 양자내성암호화(Post-Quantum Cryptography) 설명하시오

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Ⅰ. 양자 컴퓨터 정의 및 특징

가 .양자 컴퓨터(Quantum Computer)의 정의

- 양자 역학 원리 활용한 컴퓨팅 기술, "양자 중첩성, 얽힘, 순간이동, 비복제성, 결잃음" 등을 활용한 데이터 처리

 

나. 양자 컴퓨터의 특징

특징	매커니즘	설명
양자 중첩성		- 0과 1이 동시에 존재 가능 - 연산 속도 빠름
양자 얽힘		- 거리 상관없이 얽혀있는 상태 - 데이터 고속 전송
양자 순간이동		- 양자 얽힘에 의한 순간이동 - 원래 큐 비트 소멸
양자 비복제성		- 양자 상태 복제 불가 - 안전한 정보 전송

 

Ⅱ. 양자 컴퓨팅 시스템 기본 단위 큐비트

가. 큐비트(Quantum bit)의 개요

비트와 큐비트	큐비트 정의
	- 양자 컴퓨터의 정보처리 기본 단위 - 전통적인 비트와 달리 양자 0과 1 중첩 상태 - 병렬처리를 통한 대량 데이터 동시 처리 가능

 

나. 큐비트와 비트의 비교

구분	비트	큐비트
상태	0 또는 1의 상태	0과 1 중첩 상태
특징	전통적 정보처리 방법	양자 중첩, 얽힘
처리	데이터 순차 처리	복잡한 계산 동시 수행
보안	암호호 방식 활용	양자 얽힘 활용
분야	일반 연산처리	양자 알고리즘

 

Ⅲ. 양자 암호기술

가. 양자 암호기술의 정의

정의	- 양자 중첩과 양자 얽힘 활용하여 양자 암호키를 생성해 "양자 암호키 분배(QKD)" 기술 활용 데이터 암호화 및 해킹 불가한 통신 기술

 

나. 양자 암호기술 구성요소

구분	구성요소	설명
운영요소	양자 암호 프로토콜	"BBB4, E91" 양자 키 분배 프로토콜
	양자 채널	광자 개별로 신호 보내는 통신
	편광, 위상	광자 정보 인코딩 시 사용되는 속성
기술요소	양자 광원	양자 키 분배 시 광자 생성 장치
	단일 관자 검출기	광자 도착 감지 및 상태 읽는 장치
	난수 발생기	키 생성 시 필요한 난수 생성장치

 

 

Ⅳ. 양자 내성 암호화

가. 양자 내성 암호 정의

- "포스트 퀀텀 암호화(Post-Quantum Cryptography)", 양자 컴퓨터 보안 위협 대응 기술, 양자 컴퓨터의 연산 능력으로도 풀 수 없는 수학적 난제 활용 새로운 공개키암호

 

나. 양자 내성 암호화 유형

유형	설명
다변수 기반	다변수 함수 문제의 어려움 기반, 이차함수 사용
코드 기반	선형 코드 디코딩 어려움 기반, 행렬 연산으로 속도 빠름
격자 기반	격자 위에서 계산하는 문제의 어려움 기반, NP-hard 수학 문제 기반
아이소제니 기반	순서가 같은 두 타원곡선 사이에 존재하는 아이소제니 구하는 어려움 기반
해시 기반	해시 함수의 안전성 기반, 전자 서명 시스템