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[신소재 신기술(158)] 반도체 나노플레이트 약점 활용 나노스케일 조립 기술 혁신
- 카드뮴 셀레나이드(CdSe) 나노플레이트의 취약점을 활용한 혁신적인 반도체 나노스케일(구조체) 조립 기술이 개발됐다. 카드뮴 셀레나이드 나노판은 혁신적인 전자 소재 개발의 유망한 기반으로 주목받고 있다. 특히, 이 나노판은 원자 몇 개 두께에 불과한 초박형 구조로 뛰어난 광학적 특성을 제공해 전 세계 연구자들의 관심을 끌고 있다. 독일 헬름홀츠 드레스덴-로젠도르프 센터(HZDR), 드레스덴 공과대학교(TU Dresden), 라이프니츠 고체 및 재료 연구소 드레스덴(IFW) 공동 연구팀은 카드뮴 셀레나이드 나노판의 체계적인 생산을 위한 중요한 진전을 이루었다고 웹사이트 PHYS가 전했다. 카드뮴 셀레나이드 나노판은 빛이나 공기에 노출될 경우 표면 산화 또는 구조 변화가 발생해 광학적 특성이 저하될 수 있는 취약점이 있다. 특히 고온이나 습도가 높은 환경에서는 광학적 안정성이 더욱 떨어질 수 있다. 또한 제조 과정이 어려워 균일한 형태와 크기의 카드뮴 셀레나이드 나노판을 대량 생산하는 것은 기술적으로 힘들다. 게다가 카드뮴 셀레이트 나노판의 표면을 안정화하거나 다른 물질과 결합하는 과정에서도 어려움이 발생할 수 있다. 연구팀은 학술지 '스몰(Small)'에 카드뮴 셀레나이드 나노판 구조와 기능 간의 상호 작용에 대한 기초적인 통찰력을 얻었다고 발표했다. 연구에 따르면 카드뮴 기반 나노판은 근적외선(NIR)과 특정 상호 작용을 통해 빛을 흡수, 반사, 방출하거나 다른 광학적 특성을 나타내는 2차원 물질 개발에 적합하다. 이러한 스펙트럼 범위는 다양한 기술 분야에서 활용될 수 있다. 예를 들어, 의료 진단에서는 NIR 빛이 가시광선보다 조직에서 산란이 적어 조직 내부를 더 깊이 관찰할 수 있다. 통신 기술에서는 고효율 광섬유 시스템에 NIR 물질이 사용되며, 태양 에너지 분야에서는 광전지 효율을 높일 수 있다. HZDR 이온빔 물리학 및 재료 연구소의 리코 프리드리히 박사 겸 드레스덴 공과대학교 이론 화학과 교수는 "원하는 광학적 및 전자적 특성을 나타내도록 물질을 특정하게 변형하는 능력은 이러한 모든 응용 분야에서 매우 중요하다"고 말했다. 드레스덴 공과대학교 물리 화학과의 알렉산더 아이히뮐러 교수는 "과거에는 나노 화학 합성이 시행착오를 통해 물질을 혼합하는 것에 가까웠기 때문에 어려움이 있었다"고 덧붙였다. 두 과학자는 공동으로 협력해 이번 연구 프로젝트를 이끌었다. 정밀한 나노 입자 생산을 위한 양이온 교환 여기서 특별한 과제는 나노 구조체의 폭과 길이를 변경하지 않고 원자층의 수와 조성을 특정하게 제어하여 두께를 조절하는 것이다. 이러한 복잡한 나노 입자 합성은 재료 연구의 핵심 과제이다. 양이온 교환은 이러한 문제를 해결하는 데 중요한 역할을 했다. 이 방법에서는 나노 입자의 특정 양이온(양전하를 띤 이온)을 다른 이온으로 체계적으로 대체한다. 아이히뮐러 교수는 "이 과정은 조성과 구조를 정밀하게 제어하여 기존 합성 방법으로는 얻을 수 없는 특성을 가진 입자를 생산할 수 있게 한다. 그러나 이 반응의 정확한 작동 방식과 시작점에 대해서는 알려진 것이 거의 없다"고 설명했다. 이번 프로젝트에서 연구팀은 활성 모서리가 중요한 역할을 하는 나노판에 초점을 맞췄다. 이러한 모서리는 화학적으로 특히 반응성이 높아 판들을 조직화된 구조로 결합할 수 있다. 이러한 효과를 더 잘 이해하기 위해 연구팀은 정교한 합성 방법, 원자 분해능 (전자)현미경, 광범위한 컴퓨터 시뮬레이션을 결합했다. 나노 입자의 활성 모서리와 결함은 화학적 반응성뿐만 아니라 광학적 및 전자적 특성으로도 흥미롭다. 이러한 위치는 종종 전하 운반체의 농도가 높아 운반체의 이동과 빛의 흡수에 영향을 미칠 수 있다. 프리드리히 박사는 "단일 원자 또는 이온을 교환하는 능력과 결합하여 단일 원자 촉매에서 이러한 결함을 활용하여 개별 원자의 높은 반응성과 선택성을 활용하여 화학 공정의 효율성을 높일 수 있다"고 설명했다. 이러한 결함의 정밀한 제어는 나노 물질의 NIR 활성에도 중요하다. 이는 근적외선이 흡수, 방출 또는 산란되는 방식에 영향을 미쳐 광학적 특성을 체계적으로 최적화할 수 있는 방법을 제공한다. 나노 구조체 연결, 자기 조직화를 향한 발걸음 이 연구의 또 다른 결과는 활성 모서리를 통해 나노판을 체계적으로 연결하여 입자를 정렬되거나 자기 조직화된 구조로 결합할 수 있다는 것이다. 미래 응용 분야에서는 이러한 조직화를 활용하여 NIR 활성 센서 또는 새로운 유형의 전자 부품과 같은 통합 기능을 갖춘 복잡한 재료를 생산할 수 있다. 실제로 이러한 재료는 센서 및 태양 전지의 효율성을 높이거나 새로운 데이터 전송 방법을 용이하게 할 수 있다. 동시에 이 연구는 촉매 또는 양자 재료와 같은 나노 과학의 다른 분야에 대한 기초적인 통찰력을 제공한다. 연구팀의 이번 발견은 최첨단 합성, 실험 및 이론적 방법의 조합 덕분에 가능했다. 연구자들은 나노 입자의 구조를 정밀하게 제어할 수 있을 뿐만 아니라 활성 모서리의 역할을 자세히 조사할 수 있었다. 원자 결함 분포 및 조성 분석 실험은 재료 특성에 대한 포괄적인 이해를 얻기 위해 이론적 모델링과 결합됐다. ◇ 참고: 볼로디미르 샴라옌코 외, 반도체 나노판의 취약점: 격리된 결함에서 방향성 나노 스케일 어셈블리로, 스몰 (2024). DOI: 10.1002/smll.202411112
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[신소재 신기술(158)] 반도체 나노플레이트 약점 활용 나노스케일 조립 기술 혁신
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그린란드 빙하 흐름, 미세한 '얼음 지진'으로 움직인다
- 그린란드 빙하는 미세한 얼음 지진으로 움직이는 것으로 밝혀졌다. 취리히 공과대학(ETH Zurich) 연구진은 그린란드 빙하 흐름의 역동성을 밝혀내 해수면 상승 예측에 중요한 단서를 제공했다. 거대한 남극과 그린란드 빙하는 마치 얼어붙은 강처럼 내륙의 빙하를 바다로 운반하며, 그 움직임 변화는 해수면 상승에 큰 영향을 미친다. 기존 기후 연구자들은 빙하 흐름을 '끈적한 꿀'처럼 천천히, 꾸준히 바다로 흘러가는 것으로 가정하고 컴퓨터 시뮬레이션에 기반해 해수면 상승을 예측해 왔다. 하지만 위성 관측 결과, 이러한 시뮬레이션은 실제 빙하 흐름 속도를 정확히 반영하지 못해 빙하 질량 손실과 해수면 상승 속도 및 규모 예측에 상당한 불확실성을 초래했다. ETH 취리히의 안드레아스 피히트너(Andreas Fichtner) 교수 연구팀은 빙하 흐름 깊은 곳에서 수많은 미세한 '얼음 지진'이 발생하며 서로를 유발하고 수백 미터까지 전파된다는 사실을 발견했다. 이러한 발견은 기존 시뮬레이션과 위성 관측 사이의 격차를 설명하는 데 도움을 주며, 향후 빙하 흐름 시뮬레이션 방식에 큰 영향을 미칠 것으로 예상된다. 해당 연구에 대해서는 뉴욕타임스, 사이언스, PHYS.org등 다수 외신이 7일(현지시간) 보도했다. 피히트너 교수는 "빙하 흐름이 끈적한 꿀처럼 흐른다는 가정은 더 이상 유효하지 않다. 빙하 흐름은 끊임없이 미끄러짐과 멈춤을 반복하며 움직인다"고 말했다. 연구진은 이번 발견이 빙하 흐름 시뮬레이션에 통합되어 해수면 변화 예측의 정확성을 높일 수 있을 것으로 기대하고 있다. 이번 연구 결과는 깊은 곳에서 채취한 빙하 코어에서 발견되는 수많은 단층면의 기원을 설명해 준다. 이 단층면은 지각 변동의 결과로 알려져 있었지만, 그 원인은 지금까지 밝혀지지 않았었다. 알프레드 베게너 연구소(Alfred Wegener Institute)의 올라프 아이젠(Olaf Eisen) 교수는 "이번 얼음 지진 발견은 작은 규모에서 빙하 흐름의 변형을 더 잘 이해하기 위한 중요한 발걸음"이라고 설명했다. 연구팀은 빙하 표면 900m 아래에 위치한 화산재층 때문에 얼음 지진이 표면에서 관측되지 않아 지금까지 발견되지 않았다고 밝혔다. 빙하 코어 분석 결과, 이 화산재는 약 7,700년 전 미국 오리건 주 마자마 산의 대규모 폭발로 인해 발생한 것으로 밝혀졌다. 피히트너 교수는 "빙하 흐름의 역동성과 화산 폭발 사이에 이전에 알려지지 않은 관계를 발견한 것에 놀랐다"고 회상했다. 그는 얼음 지진이 얼음 속 불순물에서 시작된다는 사실도 발견했다. 이러한 불순물은 화산 폭발로 인해 대기 중으로 유입된 미량의 황산염으로, 눈과 함께 그린란드 빙상에 쌓였다. 이 황산염은 얼음의 안정성을 감소시키고 미세 균열 형성을 촉진하는 역할을 한다. 이번 연구는 ETH 취리히가 주도했으며, 알프레드 베게너 연구소, 헬름홀츠 극지 및 해양 연구 센터(AWI), 스트라스부르 대학교, 닐스 보어 연구소(NBI), 스위스 연방 연구소 WSL 등 여러 대학의 연구진이 참여했다. 이번 연구 결과는 과학 저널 '사이언스'에 게재됐다.
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그린란드 빙하 흐름, 미세한 '얼음 지진'으로 움직인다
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[국제 경제 흐름 읽기] 중국, 핵심 광물 무기화 선언…'반도체 전쟁' 맞불
- 중국이 첨단 반도체와 전기차 배터리의 핵심 원료인 갈륨, 게르마늄, 흑연 등의 수출을 제한했다. 이는 미국의 대중 반도체 수출 규제에 맞선 강력한 반격 카드로 분석된다. 중국 주요 산업 단체들은 미국산 반도체를 "더 이상 신뢰할 수 없다"고 경고하며 자국산 제품 사용을 독려했다. 중국은 이번 조치를 통해 미국 반도체 제조업체들에 대한 압박을 강화하며 기술 패권 경쟁의 주도권을 쥐겠다는 의지를 분명히 했다. 백악관은 이를 "강압적 행동"으로 규정하고, 글로벌 공급망 다변화를 위한 대책 마련에 나설 것이라고 밝혔다. 미국은 최근 140개 중국 기업에 대해 첨단 반도체 장비와 소프트웨어 수출 제한을 강화하며, 양국 간 갈등은 더욱 심화되고 있다. 이에 중국 업계는 "미국 반도체는 신뢰할 수 없다"고 비판하면서 기술 패권을 둘러싼 무역 전쟁이 새로운 국면으로 접어들었다는 평가가 나온다. [미니해설] '광물 카드' 꺼내든 중국…미·중 기술 전쟁, 전면전 양상 미국과 중국 간 기술 패권 경쟁이 핵심 광물과 반도체 분야에서 전면적인 대립 양상으로 확대되고 있다. 중국은 갈륨, 게르마늄 등 전략 자원의 수출 제한을 통해 미국의 대중 반도체 규제에 강력히 맞서며 양국의 긴장이 한층 고조되고 있다. 백악관 "강압적 행동" 규탄…공급망 다변화 추진 미국은 140개 중국 기업을 대상으로 첨단 반도체 장비와 소프트웨어 수출 제한을 대폭 강화했다. 미국 상무부는 이를 "국가 안보를 위한 불가피한 조치"라고 주장했지만, 중국은 이를 "무역의 무기화"로 규정하며 핵심 광물 수출 제한으로 대응했다. 이러한 조치는 전기차, 태양광 패널, 광섬유 케이블 등 다양한 첨단산업에 직접적인 영향을 미칠 가능성이 크다. 백악관 국가안보회의(NSC) 대변인은 "중국의 강압적 행동에 필요한 대응 조치를 취할 것"이라며, 공급망 다변화를 통해 위험을 분산하겠다는 의지를 드러냈다. "미국산 반도체 안전하지 않다"…자국산 사용 촉구 중국 주요 산업 단체들은 미국산 반도체를 "더 이상 안전하지 않다"고 주장하며 자국산 반도체 사용을 촉구했다. 중국인터넷협회는 "미국 반도체 수출 통제가 중국 인터넷 산업에 심각한 피해를 주고 있다"며 자국산 칩 사용 확대와 해외 파트너십 강화를 권고했다. 이에 대해 미국 반도체 산업협회(SIA)는 "미국산 칩이 안전하지 않다는 주장은 사실과 다르다"고 반박했다. 또한 "수출 통제는 국가 안보 목표에 부합하도록 제한적이고 목표 지향적으로 운영되어야 한다"며 양국 간 긴장 완화를 촉구했다. 첨단산업 핵심 자원 무기화…글로벌 공급망 위기 미·중 갈등이 심화하며 글로벌 공급망의 불확실성이 더욱 커지고 있다. 미국은 EU와 일본 등 동맹국과의 협력을 통해 공급망 다변화를 추진하고 있으나, 중국이 핵심 광물 생산과 정제 분야에서 차지하는 압도적 우위를 감안하면 단기적 대안 마련은 어려운 상황이다. 중국의 광물 수출 제한은 군사 및 첨단 기술 산업뿐 아니라 전 세계 전기차 및 재생에너지 산업에도 막대한 영향을 미칠 가능성이 크다. 일본은 폐기물 재활용 등으로 갈륨 확보를 모색하고 있지만, 중국산 의존도를 완전히 대체하기는 어렵다는 우려가 제기된다. "중국, 글러브 벗었다"…전략적 대립 심화 트리비움 차이나의 톰 넌리스트 부소장은 "중국의 이번 조치는 단순한 경고 수준이 아니다. 희토류 수출 제한으로 이어질 경우 파급력은 훨씬 클 것"이라며 "중국이 이제 '글러브를 벗고' 본격적으로 나섰다"고 평가했다. 이번 사태는 단순한 무역 전쟁을 넘어 기술 패권을 둘러싼 '총성 없는 전쟁'으로 확전되고 있다. 미·중 기술 전쟁이 장기화될 경우 글로벌 기술 산업은 커다란 지각변동을 겪게 될 것이며, 이는 각국 경제와 안보에 중대한 파급효과를 미칠 전망이다.
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[국제 경제 흐름 읽기] 중국, 핵심 광물 무기화 선언…'반도체 전쟁' 맞불
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중국, 미국 반도체 추가규제에 희토류 통제로 반격
- 도널드 트럼프 미국 대통령 당선인이 중국을 향해 '관세 폭탄' 엄포를 놓은 데 이어 미국이 대(對)중국 반도체 추가 수출 통제를 발표하자 중국은 희토류 등 핵심광물 수출 통제로 맞섰다. 로이터통신 등 외신들에 따르면 중국 상무부는 3일(현지시간) 홈페이지에 올린 성명을 통해 "중화인민공화국 수출통제법 및 기타 법률 및 규정에 따라 국가 안보와 이익을 수호하고 확산 방지와 같은 국제적 의무를 이행하기 위해 관련 이중용도 품목의 대미국 수출 통제를 강화하기로 결정했다"고 밝혔다. 상무부는 "갈륨, 게르마늄, 안티몬, 초경질 재료와 관련한 이중용도 품목의 미국 수출을 원칙적으로 불허한다"며 "흑연 이중용도 품목의 미국 수출은 최종 사용자 및 최종 사용에 대한 보다 엄격한 검토를 받아야 한다"고 했다. 이어 "관련 규정을 위반하는 모든 국가 또는 지역의 조직이나 개인은 법률에 따라 책임을 지게 된다"고 강조했다. 상무부의 발표는 이날부터 공식적으로 시행된다. 상무부는 수출 통제 배경에 대해 "최근 몇 년간 미국은 국가 안보 개념을 과도하게 확대하고 경제, 무역, 과학기술 문제를 정치화하고 무기화했다"며 "수출 통제 조치를 남용하고 관련 제품의 대중국 수출을 부당하게 제한했으며 많은 중국 기업을 제재 대상에 포함했다"고 설명했다. 그러면서 "억압과 봉쇄를 위한 제재 목록은 국제 무역 규칙을 심각하게 훼손하고 기업의 정당한 권익을 심각하게 침해했으며, 글로벌 산업 및 공급망의 안정성을 심각하게 해쳤다"고 주장했다. 이 같은 조치는 미국 등 서방이 반도체 등에 대해 대중 수출 통제를 이어오고 있는 만큼 중국 역시 군사적 용도로 사용될 수 있는 품목의 수출을 봉쇄하겠다는 의도로 풀이된다. 중국은 지난해 8월부터 갈륨과 게르마늄에 대한 수출 제한을 시행해오고 있다. 갈륨은 차세대 반도체, 태양광 패널, 레이더, 전기차 등에 들어가고 게르마늄은 광섬유 통신, 야간 투시경, 인공위성용 태양전지 등의 핵심 소재다. 중국은 전 세계 갈륨 생산량의 98%, 게르마늄 생산량의 68%를 차지하는 것으로 알려져 있다. 중국의 조치는 미국의 대중 반도체 추가 수출 통제 발표 하루 만에 나왔다. 중국이 최근 각국에 대해 일방적 비자 면제를 시행하며 손을 내미는 등 '내 편 만들기'에 열중하는 만큼 갈륨·게르마늄 등의 수출 통제 조치가 곧바로 한국 등 다른 나라로 확대될 가능성은 작아 보인다. 실제로 중국 상무부는 이날 대미 수출 통제를 발표하면서 "중국은 수출 통제 분야에서 관련 국가 및 지역과 대화를 강화하고, 글로벌 산업체인과 공급사슬의 안전과 안정을 공동으로 추진할 의향이 있다"고 여지를 남겨두기도 했다.
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중국, 미국 반도체 추가규제에 희토류 통제로 반격
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버라이존, 광섬유 네트워크 강화 위해 프론티어 200억 달러에 인수
- 미국 통신 대기업 버라이존 커뮤니케이션스(이하 버라이존)는 광섬유 네트워크 강화를 위해 프론티어 커뮤니케이션스를 200억 달러(약 26조6700억 원)에 인수하기로 합의했다. 로이터통신 등 외신들에 따르면 버라이존은 프런티어 주식 1주당 38.50달러를 지불하게 된다. 이는 매수가능성이 보도된 3일 프론티어 종가에 대해 37.3% 프리미엄을 추가된 가격이다. 지난 6월30일 현재 프론티어의 부채총액은 112억5000만달러에 달한다. 버라이존 커뮤니케이션은 이날 프론티어 인수는 인공지능(AI)과 사물인터넷(IoT) 분야에도 도움이 될 것이라고 밝혔다. 버라이존은 현금거래에 의한 매수절차가 약 1년만후에 완료할 것으로 예상하고 있으며 이번 인수가 실현된다면 경쟁사 AT&T 등에 대한 경쟁력을 높이게 될 것으로 보인다. 프론티어는 미국 25개 주에 걸쳐 220만명의 광섬유 가입자를 보유하고 있다. 버라이존은 9개 주와 워싱턴 D.C.에 광대역 네트워크인 파이오스(Fios) 약 740만개를 보유하고 있다. 프론티어는 지난 4년 동안 광섬유 네트워크 기능에 집중하여 41억 달러(약 5조4768억원)를 투자, 광섬유 네트워크를 확장했다. 현재 프론티어의 수입 절반 이상이 광섬유 제품으로부터 나온다. 4일 약 38% 급등한 프론티어는 이날 개장전 거래에서 버라이존이 제시한 가격을 밑도는 35.14달러로 떨어졌으며 버라이존은 약 1% 상승했다.
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버라이존, 광섬유 네트워크 강화 위해 프론티어 200억 달러에 인수
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[신소재 신기술(70)] 칩 크기의 초소형 '티타늄 사파이어 레이저' 개발
- 미국 스탠퍼드 대학교 연구팀이 칩 크기의 초소형 티타늄 사파이어(Ti:sapphire)레이저 개발에 성공했다. 이 레이저는 기존 티타늄 이온 도핑 사파이어 크리스탈로 만든 티타늄 사파이어 또는 Ti:사파이어 레이저보다 4배 작고 비용은 3배 더 저렴하며 효율성도 크게 향상되었다고 IFL이 3일(현지시간) 전했다. 기존 티타늄 사파이어 레이저는 높은 가격과 큰 부피, 그리고 구동을 위한 여러 대의 고출력 레이저가 필요하다는 단점이 있었따. 스탠퍼드리포트는 이번에 새로 개발 티타늄-사파이어 레이저에 대해 "'타의 추종을 불허하는 성능'을 가진 것으로 간주된다"고 전했다. 이어 "레이저는 최첨단 양자 광학, 분광학, 신경 과학을 포함한 많은 뷴야에서 없어서는 안 된다. 하지만 그 성능은 엄청난 대가를 치른다"면서 "Ti:sapphire는 부피가 입방 피트9볼링 공 4개 정도의 공간을 차지함)에 달할 정도로 크고 비용도 수십만 달러에 이른다. 또한 3만 달러 이상에 달하는 다른 고출력 레이저가 있어야 작동한다"며 기존 레이저의 단점을 지적했다. 스탠퍼드대 전기공학과 교수이자 칩 크기의 Ti:사파이어 레이저 논문의 시니어 저자인 옐레나 부치코비치(Jelena Vučković)는 "이것은 기존 모델에서 완전히 벗어난 것"리하고 말했다. 그는 "크고 값비싼 레이저 한 대가 아닌, 하나의 칩에 수백대의 레이저를 탑재할 수 있는 시대가 곧 올 것"이라고 전망했다. 연구팀은 티타늄 사파이어를 이산화규소(sio2) 절연체 위에 장착하고 수백 나노미터 두께의 티타늄 사파이어 층을 정밀하게 연마하고 에칭하여 소용돌이 모양의 융기, 즉 도파관을 형성했다. 이 도파관을 통과하는 빛은 소형 히터를 사용해 가열되며 사용자가 필요에 따라 레이저 파장을 조정할 수 있도록 한다. 즉, 연구팀은 마이크로스케일 히터를 통해 방출되는 빛의 파장을 변경해 빛의 색상을 700~1000나노미터(적색에서 적외선까지) 사이에서 원하는 대로 조절할 수 있었다. 또한 레이저 크기 축소는 강도를 높여 효율성을 향상시키는 효과도 있었다. 이 소형 레이저는 양자 광학, 분광학, 신경 과학 등 다양한 분야에 활용될 수 있으며, 넓은 파장 범위에서 에너지를 방출하는 탁월한 이득 대역폭과 1000조 분의 1초마다 빛 펄스를 방출하는 초고속 특성을 가지고 있다. 이는 기존 레이저보다 약 14배 빠른 속도다. 부치코비치 교수와 공동 제1저자인 조슈아 양과 연구팀은 이 새로운 레이저가 다양한 분양에 미칠 영향에 대해 큰 기대를 걸고 있다. 양자 물리학 분야에서는 이 저렴하고 실용적인 레이저가 최첨단 양자 컴퓨터의 소형화를 획기적으로 앞당길 수 있을 것으로 예상된다. 신경 과학 분야에서는 광섬유를 통해 뇌 속 뉴런을 빛으로 조절하는 광유전적 연구에 즉각적인 활용이 가능할 것으로 보인다. 소형 레이저를 활용하면 더욱 작은 프로브(probe, 뇌 활동을 측정하고 자극하는 데 사용되는 도구)를 개발해 새로운 실험 방법을 모색할 수 있다. 안과 분야에서는 노밸상 수상 기술은 '처프 펄스 증폭(chirped pulse amplification)'을 이용한 레이저 수술에 새로운 방식으로 활용되거나, 망막 건강 평가에 사용되는 광 간섭 단층 촬영 기술을 더 저렴하고 작게 만들수 있을 것으로 기대된다. 칩 형태의 레이저는 기볍고 휴대성이 뛰어나며 저렴하고 효율적이다. 그리고 대량 생산이 가능하다. 양 연구원은 "우리는 단일 4인치 웨이퍼에 수 전개의 레이저를 놓을 수 있었다"며 그렇게 되면 레이저당 비용이 거의 0이 되기 시작한다. 이는 매우 흥미로운 일이다"고 말했다. 연구팀은 이번 연구 결과가 티타늄 사파이어 레이저의 대중화에 기여할 것으로 기대하고 있다. 이번 연구 결과는 학술지 '네이처(Nature)'에 게재됐다.
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[신소재 신기술(70)] 칩 크기의 초소형 '티타늄 사파이어 레이저' 개발
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[신소재 신기술(63)] 양자 얽힘으로 지구 자전 측정 정밀도 획기적인 향상
- 오스트리아 빈 대학교(University of Vienna) 연구팀이 양자 얽힘을 이용해 지구 자전 측정의 정밀도를 획기적으로 높이는 실험에 성공했다. 이 연구는 양자 얽힘을 활용해 전례 없는 정밀도로 회전 효과를 감지하는 향상된 광학 사그낙 간섭계(Sagnac interferometer)를 사용해 양자역학과 일반 상대성 이론 모두에서 잠재적인 돌파구를 제시한다고 사이테크 데일리가 전했다. 양자 얽힘은 두 개 이상의 입자가 서로 연결되어 있어 하나의 입자를 측정하면 다른 입자의 상태도 즉시 결정되는 현상이다. 빈 대학교의 필립 빌터(Philip Walther) 박사가 이끄는 연구팀은 지구 자전이 양자 얽힘 광자에 미치는 영향을 측정하는 실험을 성공적으로 수행했다. 이번 연구는 얽힘 기반 센서의 회전 감도 한계를 뛰어넘는 중요한 성과로 평가된다. 또한, 양자 역학과 일반 상대성 이론의 교차점에서 추가 연구의 발판을 마련할 수 있을 것으로 기대된다. 연구 결과는 지난 6월 14일 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)' 저널에 게재됐다. 사그낙 간섭게의 발전 연구팀은 거대한 광섬유 사그낙(sagnac) 간섭계를 구축하고 몇시간 동안 낮은 노이즈를 유지하며 안정적인 실험 환경을 조성했다. 이를 통해 이전의 양자 광학 사그낙 간섭계보다 회전 정밀도를 1000배 향상시키는 고품질 얽힘 광자 쌍을 충분히 감지할 수 있었다. 사그낙 광학 간섭계는 회전에 가장 민감한 장치다. 사그낙 간섭계는 빛의 간섭 현상을 이용하여 회전 운동을 감지하는 광학 장치다. 1913년 프랑스 물리학자 조르주 사그낙이 고안했으며, 지난 세기 초부터 아인슈타인의 특수 상대성 이론을 확립하는 데 기여해 기초 물리학을 이해하는 중추적인 역할을 해 왔다. 오늘날에는 광섬유 자이로스코프, 레이저 자이로스코프 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 이 장치는 오늘날에도 탁월한 정밀도 분석 덕분에 고전 물리학의 한계로만 제한되었던 회전 속도를 측정하는 최고의 도구로 사용되고 있다. 빈 대학교와 오스트리아 과학 아카데미가 주최하는 연구 네트워크 TURIS의 일환으로 수행된 이번 실험은 최대 얽힘 상태의 두 광자에 대한 지구 자전 효과를 성공적으로 관측했다. 연구팀은 아인슈타인의 특수 상대성 이론과 양자 역학에서 설명하는 회전 기준 시스템과 양자 얽힘 간의 상호 작용을 확인했다. 실제 실험에서 거대한 코일에 감겨진 2km 길이의 광섬유 내부에서 얽힌 광자 2개가 전파되면서 유효 면적이 700㎡가 넘는 간섭계가 구현됐다. 실험 과정에서 연구팀은 지구의 꾸준한 회전 신호를 분리하고 추출하는 데 어려움을 겪었다. 연구의 수석 저자인 라파엘레 실베스트리(Raffaele Silvestri)는 "문제의 핵심은 빛이 지구의 회전 효과에 영향을 받지 않는 측정 기준점을 설정하는 데 있다. 지구의 자전을 멈출 수 없다는 점을 고려하여 우리는 광섬유를 두 개의 동일한 길이 코일로 나누고 이를 광 스위치를 통해 연결하는 해결 방법을 고안했다"고 설명했다. 스위치를 켜고 끄는 방식으로 연구원들은 회전 신호를 마음대로 효과적으로 취소할 수 있었고, 이를 통해 대형 장치의 안정성도 확장할 수 있었다. 마리 퀴리 박사후 연구원으로 이 실험에 참여한 하오쿤 유(Haocun Yu)는 "빛으로 지구 자전을 처음 관측한 지 한 세기 만에 개별 빛의 양자의 얽힘이 마침내 동일한 감도 영역에 진입했다는 점에서 중요한 이정표가 될 것"이라고 말했다. 본 연구는 양자 얽힘 기반 센서의 회전 감도를 더욱 향상시킬 수 있는 토대를 마련했으며, 시공간 곡선을 통한 양자 얽힘의 행동을 테스트하는 미래 실험의 길을 열 것으로 기대된다. 참고 자료: '양자 얽힘을 이용한 지구 자전의 실험적 관측', Raffaele Silvestri, Haocun Yu, Teodor Strömberg, Christopher Hilweg, Robert W. Peterson 및 Philip Walther, 2024년 6월 14일, Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.ado0215
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[신소재 신기술(63)] 양자 얽힘으로 지구 자전 측정 정밀도 획기적인 향상
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[신소재 신기술(37)] 레이저로 구동되는 초고속 잠수함 개발
- 중국 하얼빈 공업대학 연구팀은 레이저를 사용해 잠수함을 제트 엔진과 거의 동등한 속력으로 추진하는 기술을 개발 중이라고 주장했다. 하얼빈은 중국 최초의 실험 잠수함 개발 지역이다. 홍콩 매체 사우스 차이나 모닝 포스트(SCMP) 보도에 따르면, 하얼빈 공대 연구팀은 중국의 군사력이 이 획기적인 기술 개발에 임박했다고 밝혔다. 레이저 추진 잠수함 기술의 핵심 원리는 독창적이다. 레이저가 수중에서 플라즈마를 생성해 소위 '폭발 파(detonation wave)'를 만들어 잠수함을 앞으로 나아가게 하는 아이디어가 이 기술의 핵심이다. SCMP에 따르면 일본 연구팀은 20년 전 처음으로 이러한 레이저 추진 방식을 제안했다. 이후 중국에서는 과학자들이 최소 10년 이상 이 기술을 실용화하기 위해 노력해 왔다. 지금까지 레이저 추진 기술의 시도는 대부분 실패했다. 과학자들은 잠수함을 특정 방향으로 밀 수 있는 레이저 출력 실현이 거의 불가능하다는 것을 알게됐다. 하지만 하얼빈 공대 연구팀은 이제 해답을 찾았다고 말했다. SCMP는 이 기술을 사용하는 잠수함은 레이저 출력을 방출하는 아주 얇은 광섬유(머리카락 한 가닥보다 얇은 광섬유)로 코팅되어 있다고 전했다. 연구팀은 중국 광학회에서 발간하는 영문 학술지 '중국 광학학보(Acta Optica Sinica)'의 최근 논문에서 이같이 밝혔다. 연구팀은 코팅 광섬유를 사용하면 단 2메가와트의 레이저 출력만으로 상업용 제트 엔진보다 약간 적은 수치인 최대 7만 뉴턴의 추력을 생성할 수 있다고 주장했다. 추진력 제공 외에도 지향성 레이저 에너지는 수중 투사체 표면을 기포로 덮어 속도를 높이는 '슈퍼 캐비테이션(supercavitation, 고속으로 움직이는 물체 주변에 형성되는 기포로 가득찬 공간)' 현상을 유발할 수 있다. 이론적으로 이를 통해 잠수함은 음속보다 빠르게 이동하고 소나(음파탐지기·SONAR)에 감지되지 않게 할 수 있다. 기계 동력이 없기 때문에 기계적인 소음 진동도 발생하지 않기 때문이다. 소나(SONAR)는 'Sound Navigation And Ranging'의 약자로, 음파탐지기, 음향탐지기 혹은 음탐기라고도 불리며, 음파를 이용해 수중 목표의 방위와 거리를 측정하는 장비이다. 이 소식은 미국이 새로운 수중 무기 기술 연구에 막대한 투자를 하고 있는 중국에게 잠수함 군비 경쟁에서 밀릴 것을 우려하고 있다는 지난해 보도 이후 나온 것이다. 레이저 추진 잠수함이라는 개념은 SF 영화를 떠올리게 하지만, 이러한 기술의 군사적 활용은 주목할 만한 가치가 있다. 퓨처리즘은 이러한 이론적 발전 소식은 미국이 잠수함 개발 경쟁에서 중국에 뒤쳐질 수 있다는 우려를 낳고 있다고 전했다. 중국은 최근 새로운 수중 무기 기술 연구에 많은 투자를 하고 있다. 논문의 프로젝트 리더인 게 양(Ge Yang)은 SCMP가 인용한 논문에서 "이 방법은 수중 무기에도 적용할 수 있으며, 슈퍼 캐비테이션 현상을 일으켜 수중 투사체, 수중 미사일 또는 어뢰의 수중 사거리를 크게 향상시킬 수 있다"고 밝혔다.
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[신소재 신기술(37)] 레이저로 구동되는 초고속 잠수함 개발
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[신소재 신기술(35)] 혁신적인 미사일 기술, 군사 기술·컴퓨터 파괴하지만 인명 피해는 최소화
- 군사 장비나 컴퓨터를 골라서 파괴하지만 사람은 죽이지 않고 인명 피해를 최소화하는 혁신적인 미사일 '챔프(CHAMP)'가 개발됐다. 챔프(CHAMP)는 대전자 고출력 마이크로웨이브 첨단 미사일 프로젝트(Counter-Electronics High Power Microwave Advanced Missile Project)의 약자로 미 공군 연구소에서 개발한 공동 개념 기술 실증 프로그램이다. 다시 말하면 CHAMP는 일종의 고출력 전자레인지인 '고출력 마이크로파 에너지 펄스' 이용해 컴퓨터를 파괴하기 위해 제작된 미사일이다. 미국 국방 전문 매체 포스 넷(Forces net)에 따르면 CHAMP 미사일의 목적은 사망자를 발생시키지 않고 적의 군사 능력을 사실상 쓸모없게 만드는 것이다. 즉, 이 프로젝트는 적의 전자 시스템을 무력화시키는 것이 목표다. CHAMP는 미 공군 연구소(Air Force Research Laboratory)에서 처음 개발한 후 보잉의 국방 및 보안 부문 첨단 프로토타입 제작 부문인 보잉의 팬텀 웍스(Phantom Works)가 제작한 것으로 알려졌다. 이 무기에 대해서는 알려진 바가 거의 없지만 공중 발사 순항 미사일에 장착되어 B-52 폭격기에 의해 전달되는 것으로 전해져 있다. CHAMP 미사일은 적 영공에 진입하면 낮게 유지되며 특정 목표를 겨냥하여 고출력 마이크로파 에너지 펄스를 방출해 중요한 전자 장비를 비활성화한다. 이러한 고출력 마이크로파 폭발로 손상을 입히지 않고 전자 장치를 튀겨버려 순식간에 컴퓨터를 마비시킬 수 있다. 미국이 이 무기를 어디에 배치하고 있는지, 누구와 기술을 공유했는지는 확실하지 않다. 간단히 설명하자면, CHAMP는 고출력 마이크로파 방출기를 장착한 미사일을 개발하는 프로젝트다. 이 미사일은 기존의 폭발물을 사용하지 않고도 적의 전자 시스템을 교란하거나 손상시키기 위해 발사할 수 있다. 또한 무인 시스템으로 설계되어 조종사가 탑승하지 않고도 발사 및 작동할 수 있다. 이란 당국자 두 명은 이 공격이 이스파한주 인근의 군사기지 내 S-300 대공 시스템을 타격했다고 밝혔다. 뉴욕타임스가 분석한 위성 이미지에 따르면, 이스라엘의 무기는 이스파한의 제8 셰카리 공군 기지에 위치한 S-300 대공 시스템의 레이더를 타격했다. 그에 앞서 이스라엘은 지난 13일 이란의 공격에 대응하여 그보다 적은 무기를 사용해 이란의 방어망을 우회하고 무력화시킬 수 있음을 보여줬다. NYT는 이스라엘의 이번 공격에 사용된 정확한 무기 유형이 어떤 것인지 불확실하다고 밝혔다. 다만 서방 당국자 세 명과 이란 당국자 두 명은 이스라엘이 여러 드론과 적어도 하나의 공대지 미사일을 사용했다고 전했다. 이에 반해, 이란 당국자들은 이번 공격이 소형 드론에 의한 것이었다고 주장했다.
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[신소재 신기술(35)] 혁신적인 미사일 기술, 군사 기술·컴퓨터 파괴하지만 인명 피해는 최소화
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일본 NICT, 기존 광섬유 속도 1000배로 '초고속 시대' 열다
- 최근 업계에서는 광섬유 속도 경쟁이 치열해지고 있다. 이는 전 세계적으로 인터넷 트래픽이 급증함에 따라 발생하는 현상이다. 4K, 8K 고화질 영상, 가상현실(VR), 증강현실(AR) 등 고용량 데이터가 필요한 서비스가 증가하고 있으며, 이에 따라 빠르고 효율적인 광섬유 인프라에 대한 수요가 커지고 있다. 미국의 기술 전문 매체 톰스하드웨어(Tom's Hardware)에 따르면, 일본 국립정보통신기술연구소(NICT)와 네덜란드 아인트호벤 공과대학, 이탈리아 라퀼라 대학 연구팀이 기존 광섬유보다 1000배 빠른 초당 22.9페타비트의 전송 속도를 달성했다. 이는 지난 6월 덴마크 공과대학교와 스웨덴 예테보리에 있는 찰머스 공과대학교가 세운 10.66페타비트의 기록을 넘어서는 것으로, 광섬유 기술의 중요한 진전을 나타낸다. 연구팀은 스페이스 디비전 멀티플렉싱(Space Division Multiplexing, SDM)과 웨이브렝스 디비전 멀티플렉싱(Wavelength Division Multiplexing, WDM) 두 가지 기술을 결합하여 광섬유 속도의 새로운 이정표를 세웠다. SDM은 광섬유 내의 공간을 나누어 여러 채널을 생성하여 데이터를 전송하는 기술이며, WDM은 광섬유의 다양한 파장을 활용하여 더 많은 채널을 생성하여 데이터를 전송하는 방식이다. 이 혁신적인 기술 결합을 통해 연구팀은 기존 광섬유로는 불가능했던 초당 22.9페타비트(2만2900테라바이트)의 전송 속도를 달성했다. 이는 기존 광섬유로는 1초에 100만 장의 사진을 전송하는 데 그쳤던 것에 비해 엄청난 발전이다. 새로운 기술을 사용하면 1초에 1억 장의 사진을 전송할 수 있다. 이러한 초고속 광섬유 기술의 발전은 4K 고화질 영상의 실시간 스트리밍, 자율주행차의 안정적인 제어 등, 기존에는 불가능했던 여러 분야에서의 새로운 가능성을 열어주고 있다. 이번 연구 결과는 영국 글래스고에서 열린 제49회 유럽 광통신 회의에서 발표됐다. 이 기술은 기존의 글로벌 광 연결 인프라에 통합될 수 있는 잠재력을 지니고 있으나, 현재 통신 센터에서 이를 활용하기 위해서는 새로운 장비 및 설비의 설치와 업그레이드가 필요하다. 연구팀은 "현재 새로운 광섬유 인프라는 초기 단계에 불과하지만, 미래의 전 세계적인 데이터 전송 수요를 충족하는 데 있어 중요한 역할을 할 것으로 기대된다"고 밝혔다. 한국, 광통신 기술 개발 투입 한편, 한국에서도 광섬유 기술에 대한 연구와 개발이 활발히 진행되고 있다. 과학기술정보통신부 산하 한국전자통신연구원(ETRI)은 2023년부터 2027년까지 총 1000억 원을 투입해 초당 100페타비트(Pbps)급 광통신 기술 개발에 나서고 있다. 이 기술이 실현되면 기존 광섬유보다 100배 빠른 속도로 데이터를 전송할 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 국내 주요 기업들도 광섬유 기술 개발에 적극적으로 투자하고 있다. SK텔레콤은 2023년부터 2025년까지 500억 원을, LG전자는 2023년부터 2027년까지 1000억 원을 각각 투자하여 초당 10Pbps급 초고속 광통신 기술 개발을 추진 중이다. 한편, 정부는 2025년까지 초고속 인터넷 보급률을 100%로 달성하기 위한 목표를 설정하고, 이를 위해 10기가(Gbps)급 광케이블망 확충과 5G 이동통신망 구축을 적극적으로 추진하고 있다. 일본 연구팀의 최근 성과는 광섬유 기술의 한계를 극복하고 초고속 데이터 전송을 가능하게 하는 데 중요한 발전으로 평가되며, 전 세계 광섬유 시장의 지속적인 성장을 예고한다.
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- IT/바이오
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일본 NICT, 기존 광섬유 속도 1000배로 '초고속 시대' 열다
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중국, 1200km 장거리 양자 순간이동 실험 성공
- 중국 과학원이 약 1200km 떨어진 지역 간의 양자 순간이동 실험에 성공해, 보안 체계에 새로운 패러다임을 가져올 전망이다. 미국의 과학기술 전문 매체 '사이테크데일리(SciTechDaily)'는 중국 과학원이 양자 통신 위성 '묵자(墨子·Micius)'를 활용하여 1200km 이상되는 거리에서 양자 정보를 순간이동 시키는 데 성공했다고 최근 보도했다. 중국은 독자 개발한 세계 첫 양자위성 '묵자'호를 지난해 8월16일 오전 1시 40분 간쑤(甘肅)성 주취안(酒泉) 위성 발사 센터에서 창정(長征) 2-D 로켓에 탑재해 발사했다. 이 연구의 교신 저자인 치앙 슈(Qiang Zhou) 교수는 "고속 양자 순간이동을 실험실 밖에서 실현하기 위해서는 많은 어려움이 있다"며 "이번 실험 결과는 미래 양자 인터넷 발전을 위한 중요한 이정표가 될 것"이라고 말했다. 양자 순간이동 시스템에서의 주요 실험적 과제는 벨 상태 측정(BSM)을 실행하는 것이다. 양자 순간이동이 성공적으로 이루어지고 BSM의 효율성이 향상되려면, 광섬유를 통해 장거리로 전송된 후, 찰리가 앨리스와 밥의 광자를 구별하지 못하게 해야 한다. 과학자들은 해킹이나 도청이 불가능한 양자 암호통신인 정보를 한 곳에서 다른 곳으로 빛보다 빨리 옮기는 '원격전송'을 찰리와 앨리스, 밥으로 설명했다. 앨리스의 정보를 밥에게 주면 밥과 친한 찰리가 앨리스처럼 변한다. 결국 앨리스가 찰리를 거쳐 전송된다는 것. 엄격히 말하면 원격전송은 '양자 정보'만 전송하는 것이다. 연구팀은 광자의 경로 길이 차이와 편광의 신속한 안정화를 위한 효과적인 피드백 시스템을 성공적으로 개발했다. 또한 연구팀은 얽힌 광자 쌍을 생성하기 위해 섬유 피그테일 주기적 극화 리튬 니오베이트 도파관의 단일 조각을 사용했다. 이를 바탕으로, 순간이동 시스템에 사용될 500MHz의 반복률을 가진 고품질의 양자 얽힘 광원이 개발됐다. 양자 순간이동은 광자의 양자 얽힘 상태를 활용하여 양자정보를 한 위치에서 사라지게 하고 동시에 다른 위치에서 나타나게 하는 전송 방법이다. 이러한 양자광학 기반의 고속 양자 순간이동을 위해서는 많은 이벤트를 수집할 수 있는 강력한 광자 센서가 필요하다. 리싱 유(Lixing You) 교수가 이끄는 팀은, 포톤 기술회사(Photon Technology Co., LTD)와 협력하여 고성능 초전도 나노와이어 단일 광자 검출기를 실험에 활용했다. 효율이 뛰어나고 노이즈가 거의 없는 이 검출기의 장점을 활용하여 고효율 BSM과 양자 상태 분석을 구현한 것이다. 연구팀은 양자 상태 단층 촬영과 미끼 상태 방법을 함께 사용하여 순간이동 충실도를 계산했는데, 이는 고전적 한계(66.7%)를 훨씬 초과하여 고속 대도시 양자 순간이동이 달성됐음을 확인했다. 이번 'UESTC 제1위의 대도시 양자인터넷' 프로젝트는 앞으로 통합 양자 광원, 양자 중계기, 양자 정보 노드 등을 결합하여 '고속, 고충실도, 다중 사용자, 장거리'를 지원하는 양자 인터넷 인프라를 개발할 계획이다. 연구팀은 이렇게 개발된 인프라가 양자 인터넷의 실질적인 활용을 더욱 가속화하는 데 기여할 것이라고 예상하고 있다. 양자통신은 정보 보안의 새로운 패러다임을 제시하는 차세대 통신 방법으로 주목받고 있다. 전파를 사용하는 대신, 레이저를 통해 암호화된 광자를 전송한다. 광자, 즉 빛의 최소 단위는 조작되면 속성이 변경되어 중간에서 정보의 도청이나 간섭이 발생하면 암호 키가 손상되어 원본 내용을 복원할 수 없게 된다. 이러한 특성으로 인해 양자통신은 정보 보안이 중요한 금융, 군사 통신 등의 핵심 기술로 주목받고 있다. 지상에서의 양자통신은 광섬유를 통해 이루어진다. 우주에서는 광섬유 설치가 어렵기 때문에 과학자들은 양자 순간이동 기술에 주목하고 있다. 중국의 연구팀은 묵자호 위성을 이용하여 양자 순간이동의 최장 거리 기록을 갱신했다. 묵자호는 중국의 칭하이, 우루무치, 운남 성에 위치한 지상국들과 통신했다. 이번 실험에서는 약 1203km 떨어진 칭하이와 운남성 간의 양자통신에 성공했다.
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중국, 1200km 장거리 양자 순간이동 실험 성공
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英 요크대, 해저 광섬유 통해 양자통신 시연
- 영국 요크 대학교 연구팀이 아일랜드와 영국 간에 해킹이 불가능한 양자 정보를 전송하는 데 처음으로 성공했다. 미국 과학전문매체 톰스하드웨어에 따르면 연구진은 '다중 테라비트'의 정보를 전송할 수 있는 초저손실 광섬유 인프라를 활용하여 광자 큐비트(qubit)로 아일랜드와 영국 사이의 224킬로미터(km)를 전송하는 것을 시연했다. 큐비트는 양자컴퓨터로 계산할 때, 또는 양자 정보의 기본 단위를 말한다. 양자 컴퓨터는 기존 컴퓨터로 수 만년이 걸리는 복잡한 문제를 기하 급수적인 속도 향샹을 통해 기존 컴퓨터로는 불가능한 문제를 해결할 수 있을 것으로 기대되는 차세대 기술이다. 퀀텀 커뮤니케이션 허브와 인프라 제공업체인 유네트웍스(euNetworks, 유럽의 대역폭 인프라 서비스 제공업체)의 협업으로 이루어진 이 성과는 최장거리 해저 양자통신 신기록을 동시에 세웠다. 유네트웍스는 15개국 51개 도시를 포괄하는 고용량 도시 간 백본과 연결된 유럽 전역의 17개 광섬유 기반 대도시 네트워크를 소유 및 운영하고 있다. 때때로 새롭고 더 강력한 양자 처리 장치(QPU)의 세부 사항이나 양자 공학을 사용하여 아원자 세계를 계산기로 사용하는 새로운 방법에 혹하기 쉽다. 그러나 기술의 척도는 이상적인 것이 아니라 실제로 어떻게 적용되는지에 달려 있다. 실제로 양자통신은 이미 상용 등급의 광섬유 인프라를 통해 테스트 되고 있다. 양자통신은 두 큐비트가 서로 멀리 떨어져 있어 다른 큐비트에 대한 설명 없이는 한 큐비트를 설명할 수 없는 양자 얽힘의 특성을 활용한다. 다시 말하면 양자 얽힘은 큐비트가 서로 결합하여 한 큐비트의 상태가 다른 큐비트의 상태에 즉각적으로 영향을 미칠 수 있게 함으로써 큐비트 사이의 거리에 관계없이 큐비트를 연결할 수 있게 한다. 이 특성 덕분에 양자 컴퓨터는 기존 컴퓨터보다 복잡한 문제를 더 효율적으로 해결할 수 있다. 그러나 얽힌 양자 상태의 문제는 변덕스럽고 실패하기 쉬우며, 데이터를 빼내려는 시도를 비롯한 외부 간섭으로 인해 유용한 상태가 무너질 수 있다. 이러한 불안정성 때문에 첨단 광섬유 케이블을 통해 224킬로미터에 달하는 수중을 가로지르는 큐비트 시연은 놀라운 기술 수준의 방증이다. 2021년에 이미 660킬로미터를 가로지르는 양자통신이 입증됐지만, 이번처럼 고압의 수역이 가로막고 있지 않았다. 연구 책임자인 마르코 루카마리니 교수는 "많은 대기업과 조직이 데이터 보안을 위해 양자 통신에 관심을 갖고 있지만, 특히 이동 가능 거리라는 한계가 있다"고 말했다. 루카마리니 교수는 "거리가 멀어질수록 양자 정보를 전달하는 빛의 입자인 광자가 채널에서 손실되거나 흡수되거나 산란될 가능성이 높아져 정보가 목표에 도달할 확률이 줄어든다. 이는 조직이 개인 디지털 정보를 다른 도시나 다른 국가로 전송해야 할 때 문제가 되며, 통신의 시작점과 끝점 사이에 바다라는 또 다른 문제가 발생할 수 있다"고 설명했다. 이번 연구는 양자통신이 상용화가 성큼 다가왔음을 보여주는 것으로 평가된다.
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英 요크대, 해저 광섬유 통해 양자통신 시연
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