양자컴퓨터로 지상 2,000㎞ 저궤도 위성 네트워크 최적화 알고리즘 연구
[보안뉴스 박미영 기자] LG유플러스는 한국과학기술원(KAIST)과 협력해 양자컴퓨터로 6G 저궤도위성 네트워크 최적화 연구를 진행했다고 밝혔다.
지난해 12월부터 LG유플러스와 KAIST 이준구 교수 연구팀, 한동수 교수 연구팀은 6개월간 세계 최초로 상용화된 D-웨이브(D-wave) 양자컴퓨터를 사용해 6G 저궤도위성 네트워크 망 구조 최적화를 연구했다.
위성 네트워크에서는 데이터가 오고 가는 경로가 연결점(node)의 수에 비례해 늘어난다. 위성끼리 통신이 가능한 거리에 접근하면 망을 수시로 재구성해야 하는데, 이때 가장 빠른 경로를 찾아 데이터를 전송하도록 네트워크 최적화가 필요하다.
특히 6G 저궤도위성 네트워크 최적화에는 고난도 기술이 필요하다. 200~2,000㎞ 상공에 떠있는 저궤도위성은 고도 3만6,000㎞에 고정된 정지궤도위성과는 달리 위성의 위치가 실시간으로 바뀌는데, 단시간에 최적의 네트워크 구성을 찾아내야 하기 때문이다.
연구팀은 이를 ‘이차 비제한 이진 최적화 문제(Quadratic Unconstrained Binary Optimization Problem; QUBO)’로 보고, 양자컴퓨터로 하나의 위성에서 통신할 수 있는 주변 위성의 개수와 거리를 정해 양자컴퓨터로 빠르게 계산하는 데 성공했다.
연구팀의 양자컴퓨터를 이용한 위성 네트워크 최적화 알고리즘은 기존 최적화 알고리즘 대비 홉(Hop)의 수와 경로 길이가 획기적으로 감소하는 결과를 얻었다. 이를 통해 위성통신 환경에서도 지상통신과 차이가 없는 초성능(1Gbps 이상의 이용자 체감속도)·초정밀(종단간 5㎳ 이하의 지연시간) 서비스를 구현할 수 있다는 것을 확인했다.
이 최적화 기술이 상용화되면 6G에서 추구하는 ‘초공간성’을 구현할 수 있을 것으로 전망된다. ‘초공간’이란 지상에서 고도 10㎞까지, 최대 시속 1,000㎞로 움직이는 물체에도 통신을 연결하는 것을 뜻한다. 최적화된 위성통신을 이용하면 지상뿐만 아니라 비행기나 사막 등 지금은 통신서비스가 불가능한 지역에서도 6G 통신이 가능해진다.
한편, 양자컴퓨터는 양자의 물리적 특성을 이용해 높은 연산력을 발휘한다. 현재 IBM, 구글, AWS, 마이크로소프트 등 글로벌 IT기업에서 양자컴퓨터 연구를 진행하고 있다. 특히 캐나다의 D-웨이브(D-wave)에서는 세계 최초로 상용화된 양자컴퓨터 클라우드 구독서비스를 제공하고 있으며, 특정한 조합을 찾는 최적화 문제의 해를 빠르게 구할 수 있다. 이를 활용한 국내 산·학·연의 연구가 진행되고 있다.
LG유플러스는 양자컴퓨터 활용 연구뿐만 아니라 양자컴퓨터의 공격을 막을 수 있는 ‘양자내성암호(PQC)’를 적용한 기업전용회선을 지난 4월 상용화하는데 성공하며 고객 경험 혁신을 위한 미래 준비를 이어나가고 있다.
이상헌 LG유플러스 NW선행개발담당은 “미래 핵심 기술인 양자컴퓨터를 통해 위성통신에서도 최적의 통신 품질을 제공하겠다”며, “다가올 6G 시대에 앞서 선진 기술을 선도적으로 연구함으로써 고객에게 빼어난 경험을 제공하겠다”고 말했다.
KAIST IT융합연구소 소장, 주식회사 큐노바 대표 이준구 박사는 “산학 협력을 통해 양자컴퓨터의 6G 통신 적용 사례를 발굴할 수 있어 의미있는 연구였다”며, “양자컴퓨터는 서비스 최적화뿐만 아니라 신약/신물질 디자인, 물류, 핀테크 등 다양한 분야에서 실응용이 가능하다”고 밝혔다.
[박미영 기자(mypark@boannews.com)]
[보안뉴스 박미영 기자] LG유플러스는 한국과학기술원(KAIST)과 협력해 양자컴퓨터로 6G 저궤도위성 네트워크 최적화 연구를 진행했다고 밝혔다.
[이미지=LG유플러스]
지난해 12월부터 LG유플러스와 KAIST 이준구 교수 연구팀, 한동수 교수 연구팀은 6개월간 세계 최초로 상용화된 D-웨이브(D-wave) 양자컴퓨터를 사용해 6G 저궤도위성 네트워크 망 구조 최적화를 연구했다.
위성 네트워크에서는 데이터가 오고 가는 경로가 연결점(node)의 수에 비례해 늘어난다. 위성끼리 통신이 가능한 거리에 접근하면 망을 수시로 재구성해야 하는데, 이때 가장 빠른 경로를 찾아 데이터를 전송하도록 네트워크 최적화가 필요하다.
특히 6G 저궤도위성 네트워크 최적화에는 고난도 기술이 필요하다. 200~2,000㎞ 상공에 떠있는 저궤도위성은 고도 3만6,000㎞에 고정된 정지궤도위성과는 달리 위성의 위치가 실시간으로 바뀌는데, 단시간에 최적의 네트워크 구성을 찾아내야 하기 때문이다.
연구팀은 이를 ‘이차 비제한 이진 최적화 문제(Quadratic Unconstrained Binary Optimization Problem; QUBO)’로 보고, 양자컴퓨터로 하나의 위성에서 통신할 수 있는 주변 위성의 개수와 거리를 정해 양자컴퓨터로 빠르게 계산하는 데 성공했다.
연구팀의 양자컴퓨터를 이용한 위성 네트워크 최적화 알고리즘은 기존 최적화 알고리즘 대비 홉(Hop)의 수와 경로 길이가 획기적으로 감소하는 결과를 얻었다. 이를 통해 위성통신 환경에서도 지상통신과 차이가 없는 초성능(1Gbps 이상의 이용자 체감속도)·초정밀(종단간 5㎳ 이하의 지연시간) 서비스를 구현할 수 있다는 것을 확인했다.
이 최적화 기술이 상용화되면 6G에서 추구하는 ‘초공간성’을 구현할 수 있을 것으로 전망된다. ‘초공간’이란 지상에서 고도 10㎞까지, 최대 시속 1,000㎞로 움직이는 물체에도 통신을 연결하는 것을 뜻한다. 최적화된 위성통신을 이용하면 지상뿐만 아니라 비행기나 사막 등 지금은 통신서비스가 불가능한 지역에서도 6G 통신이 가능해진다.
한편, 양자컴퓨터는 양자의 물리적 특성을 이용해 높은 연산력을 발휘한다. 현재 IBM, 구글, AWS, 마이크로소프트 등 글로벌 IT기업에서 양자컴퓨터 연구를 진행하고 있다. 특히 캐나다의 D-웨이브(D-wave)에서는 세계 최초로 상용화된 양자컴퓨터 클라우드 구독서비스를 제공하고 있으며, 특정한 조합을 찾는 최적화 문제의 해를 빠르게 구할 수 있다. 이를 활용한 국내 산·학·연의 연구가 진행되고 있다.
LG유플러스는 양자컴퓨터 활용 연구뿐만 아니라 양자컴퓨터의 공격을 막을 수 있는 ‘양자내성암호(PQC)’를 적용한 기업전용회선을 지난 4월 상용화하는데 성공하며 고객 경험 혁신을 위한 미래 준비를 이어나가고 있다.
이상헌 LG유플러스 NW선행개발담당은 “미래 핵심 기술인 양자컴퓨터를 통해 위성통신에서도 최적의 통신 품질을 제공하겠다”며, “다가올 6G 시대에 앞서 선진 기술을 선도적으로 연구함으로써 고객에게 빼어난 경험을 제공하겠다”고 말했다.
KAIST IT융합연구소 소장, 주식회사 큐노바 대표 이준구 박사는 “산학 협력을 통해 양자컴퓨터의 6G 통신 적용 사례를 발굴할 수 있어 의미있는 연구였다”며, “양자컴퓨터는 서비스 최적화뿐만 아니라 신약/신물질 디자인, 물류, 핀테크 등 다양한 분야에서 실응용이 가능하다”고 밝혔다.
[박미영 기자(mypark@boannews.com)]
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[2024-04-18] 
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