시스코, 양자 데이터센터 개발 착수

시스코의 연구진은 실용적인 양자 네트워크와 데이터센터 개발에 전력을 기울이고 있다고 설명했다.

시스코의 연구진에 따르면 실용적인 양자 네트워크와 데이터센터를 개발하기 위한 연구가 활발히 진행 중이다. 최근 시스코 리서치가 주최한 ‘2024 퀀텀 서밋’에는 업계 전문가들이 참석해 네트워킹부터 보안까지 양자와 관련된 여러 주제를 논의했으며, 특히 양자 데이터센터 분야의 연구가 시스코의 주요 관심사로 떠올랐다.

시스코의 첨단 개발 그룹 아웃시프트의 양자 연구 책임자인 레자 네자바티는 발표를 통해 시스코가 구상하는 양자 데이터센터의 청사진을 제시했다. 네자바티는 “양자 데이터센터가 다수의 양자 회로를 실행하고 동적 네트워크 상호 연결을 지원하며 다양한 얽힘 생성 프로토콜을 활용할 수 있게 될 것”이라고 기대했다.

네자바티는 “양자 컴퓨팅을 수천만 큐비트 규모로 단일화해서는 유용하게 사용할 수 없다는 것은 학계의 정설이며, 이런 방식은 실용적이지도 않다”고 지적했다.

네자바티는 “현재 기술로는 더 작은 규모의 양자 컴퓨터 네트워크를 구축하는 것이 현실적이다. 데이터센터라는 개념을 발전시켜 통제된 환경, 즉 데이터센터 웨어하우스에 많은 소형 프로세서를 연결하는 네트워크를 구축하고 이를 더 많은 사용자층에 서비스로 제공하는 것이 우리가 생각하는 양자 데이터센터의 기본 정의”라고 설명했다.

시스코는 올해 초 양자 컴퓨터를 고속으로 연결할 수 있는 전통적인 LAN 모델과 광섬유 링크를 활용하거나, 양자 서버에서 양자 비트(큐비트)를 전송하는 양자 기반 네트워크로 상업적 응용 프로그램을 처리할 수 있는 양자 데이터센터를 구상하고 있다고 전했다.

네자바티는 “양자 센서를 연결해 사물인터넷(IoT)과 다른 센서 장치를 네트워크로 연결함으로써 더 나은 감지 성능과 정확성을 확보하고, 넓은 지역에 걸친 분산 감지를 구현할 수 있다”라고 전했다.

네자바티는 이 작업을 위해 고객이 새로운 유형의 네트워크 인프라를 재설치하는 대신, 기존 광섬유 인프라를 양자 얽힘에 활용하고 그 위에 제어 및 관리 기능을 추가하는 것이 효율적이라고 설명했다.

네자바티는 시스코가 ‘Q패브릭(QFabric)’이라는 자체 양자 얽힘 네트워크 패브릭을 개발 중이라고 언급했다. 네자바티에 따르면, Q패브릭은 양자 스위치의 핵심 역할을 하며, 양자 컴퓨터와 센서 간의 얽힘 프로세스를 보장한다. 이 스위치는 모든 입출력 포트에서 얽힌 광자의 비차단 스위칭을 지원하며, 다양한 얽힘 모드를 제공한다. 특히 초저손실 및 타임 지터 포트 간 스위칭으로 안정적인 연결성을 보장한다.

네자바티는 “궁극저긍로 이 동적 전환 양자 네트워크를 통해 확장 가능한 멀티 테넌트 환경에서 다수의 사용자를 지원하는 것이 목표”라고 밝혔다.

Q패브릭은 네트워킹 기능 외에도 양자 안전 네트워킹을 보장하는 환경으로 활용될 예정이며, 특히 확장 가능한 키 배포에 적합하다.

네자바티는 “포스트 양자 암호(Post-Quantum Cryptography, PQC)와 양자 키 분배(Quantum Key Distribution, QKD)를 결합한 하이브리드 키 관리 및 분배 시스템 플랫폼 구축에 주력하고 있다”라며 ” 보안 솔루션은 무작위 난수 생성기에 의존하며, 암호화에는 완벽한 무작위 난수 생성기가 필수적이다. 시스코는 자체적으로 개발한 양자 난수 생성기를 보유하고 있다”라고 밝혔다.

PQC는 정교한 공격으로부터 양자 컴퓨터를 보호할 수 있는 복잡한 암호화 알고리즘을 갖추고 있다. 시스코는 “브라우저, 운영 체제, 라이브러리에서 PQC가 채택될 것이며, 혁신가들은 SSL/TLS 1.3과 같은 기존 암호화 관리 프로토콜에 이를 통합하여 실험할 것”이라며 “기업은 포스트 양자 시대의 데이터 보안을 보장하기 위해 PQC를 점차 도입하게 될 것”이라고 전했다.

이러한 보안의 필요성은 악의적인 공격자들이 미래의 양자 컴퓨터 해독 능력을 대비해 이미 공격 벡터를 사용하고 있다는 우려로 인해 더욱 시급해지고 있다.

시스코는 양자 네트워크 패브릭을 기반으로 얽힘 분배, 프로토콜, 라우팅 알고리즘을 포함하는 소프트웨어 패키지 ‘퀀텀 오케스트라(Quantum Orchestra)’ 도 개발 중이다. 퀀텀 오케스트라라는 프로토콜 스택과 컴파일러에 구현되고 있다.

시스코 아웃시프트의 기술 리더 하산 샤푸리안은 “우리는 네트워크 인식 양자 오케스트레이터를 개발하고 있다. 이 오케스트레이터는 양자 회로와 네트워크 토폴로지를 입력으로 받아 네트워크 내에 분포된 양자 장치 간의 통신을 조정할 수 있게 한다”라고 설명했다.

또한 샤푸리안은 “오케스트레이터를 통해 더 나은 분산을 위해 회로를 수정할 수 있다. 또한 어떤 양자 장치에 어떤 논리적 양자 가변 회로(QVC)를 할당할지, 랙 내부의 장치 간 통신 방식을 결정할 것”이라고 설명했다.

샤푸리안은 지금까지 시스코가 오케스트레이터로 수행한 대부분의 작업이 시뮬레이션이었다고 전했다. 이는 멀티 테넌시와 다중 양자 경로를 통한 데이터 전송 등의 기능이 제대로 작동하는지 확인하기 위한 것이었다. 시스코는 올해 말 이 연구 결과에 대한 논문을 발표할 예정이다.
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