원자력연 제공
한국원자력연구원과 한국전자통신연구원(ETRI)은 방사성동위원소인 니켈-63 베타선으로부터 불규칙한 임의의 숫자를 의미하는 난수를 생성하는 '소형 양자난수 발생기 칩'을 개발했다고 9일 밝혔다.
양자난수 발생기는 양자 역학의 특성을 이용해 예측 불가능한 무작위 난수를 만들어 내는 장치다. 난수발생기는 컴퓨터, 이동통신 등 다양한 분야에서 정보를 암호화하는 데 쓰이지만, 별도의 물리적 장치 없이 알고리즘으로 생성할 수 있는 유사난수가 활용되고 있다. 하지만 유사난수는 해킹기술 발전으로 난수생성 알고리즘이 해독될 수 있어 해킹 우려가 있었다.
연구팀이 개발한 양자난수 발생기는 방사성동위원소인 니켈-63에서 나오는 베타선 신호의 간격을 이용해 난수를 생성한다. 베타선 신호는 무작위로 발생하기 때문에 통계학적으로 완벽하게 분산된 숫자를 절대 예측할 수 없는 완벽한 진성난수를 만들 수 있다.
방사성동위원소가 붕괴하며 나오는 방사선이나 단일 광자의 양자역학적 물리현상에서 무작위 신호를 추출해 얻은 난수를 '양자 진성난수'라고 하는 데, 추출 과정에서 온도나 전원 상태 등 외부 요인에 영향을 받지 않아 가장 이상적인 난수를 생성한다.
특히 베타선은 에너지가 작아 방사선 검출 센서에 영향을 주지 않고 끊임없이 사용하며 난수를 고속으로 생성할 수 있다. 지금까지 소형화한 검출 센서와 신호처리 칩이 개발되지 않아 실용화가 불가능한 상황였다.
연구팀은 아주 작은 양의 니켈-63을 코팅하는 베타 선원 박막 제조기술과 잡음을 줄인 CMOS(상보성 금속 산화막 반도체) 기술을 적용해 양자난수 발생기 핵심 회로를 집적시켜 칩에 넣을 수 있는 수준으로 소형화하는 데 성공했다.
이렇게 개발된 양자난수 발생기는 1.5㎜ 크기의 칩으로 소형화해 실용화 가능성이 높다고 연구팀은 설명했다. 연구팀은 앞으로 베타 양자난수 발생기 칩의 성능을 높여 소형 사물인터넷(IoT)용 암호통신 시장 진출을 위해 기술 실용화를 추진할 계획이다.
박원석 원자력연 원장은 "베타선 양자난수 생성기술은 원자력연과 ETRI가 보유한 핵심 기술을 융합한 것으로, 새로운 융합연구 분야를 창출하는 좋은 사례가 될 것"이라고 말했다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr
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