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김갑진 교수,‘제 6회 현우 KAIST 학술상’수상
우리 대학은 물리학과 김갑진 교수가 양자역학 분야에서의 탁월한 연구 성과를 인정받아 현우문화재단(이사장 곽수일)이 후원하는‘제6회 현우 KAIST 학술상’ 수상자로 선정됐다고 12일 밝혔다.
김갑진 교수는 양자컴퓨터를 만드는 새로운 방법을 제시한 연구 성과로 이번 학술상을 받았다. 기존 양자컴퓨터는 초전도체나 이온, 빛과 같은 복잡한 방식에 주로 의존해 왔으며, 극저온 환경이 필요해 비용과 기술적 부담이 크다는 한계가 있었다.
김 교수는 이러한 한계를 넘어, 자석처럼 우리가 비교적 쉽게 접할 수 있는 자기 성질을 가진 ‘자성 물질’을 활용해 양자컴퓨터를 구현할 수 있다는 가능성을 제시했다는 점에서 주목을 받았다.
김 교수는 자석 물질 내부의 스핀 움직임(마그논)과 빛 신호를 하나의 칩에서 결합한 ‘광자–마그논 하이브리드 칩’을 개발했다. 이를 통해 자성체 내에서 여러 양자 신호가 동시에 작동하고 서로 영향을 주고받는 현상인 다중 펄스 간섭 현상을 세계 최초로 구현하는 데 성공했다.
이번 성과는 양자컴퓨터가 반드시 특별하고 제한적인 재료로만 만들어져야 한다는 기존 인식을 깨고, 보다 현실적이고 확장 가능한 양자컴퓨팅 기술로 나아갈 수 있는 새로운 방향을 제시했다는 평가를 받고 있다.
관련 연구 성과는 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)와 npj 스핀트로닉스(npj Spintronics) 등 국제 저명 학술지에 연이어 게재되며 세계적인 주목을 받았다.
또한 김 교수는 공동 연구를 통해 상온에서도 양자 효과가 나타날 수 있음을 실험적으로 보여주는 ‘상온 양자 스핀 펌핑 현상’ 연구를 통해, 양자 기술이 실험실을 넘어 실제 환경에서도 활용될 수 있음을 제시했다.
김갑진 교수는 “자성체를 활용한 양자 연구는 아직 많은 연구자들이 시도하지 않은 분야로, 때로는 무모해 보일 수도 있다”며 “그러나 새로운 양자 기술을 개척하기 위해 반드시 필요한 도전이라고 믿어왔다”고 말했다. 이어 “이번 수상은 남들이 가지 않은 길을 향한 이러한 도전을 격려해 주는 뜻깊은 상이라 생각하며, 앞으로도 새로운 양자 기술을 개척하는 연구에 매진하겠다”고 밝혔다.
한편, 올해로 6회째를 맞은 ‘현우 KAIST 학술상’은 KAIST에서 우수한 학술 성과를 창출한 교원을 포상하기 위해 현우문화재단 곽수일 이사장의 기부로 제정된 상이다.
현우재단 선정위원과 KAIST 교원 포상 추천위원회의 엄정한 심사를 거쳐 매년 1명의 교원을 선정해 상패와 함께 1,000만 원의 포상금을 수여한다. 올해 시상식은 12일 오전 10시 대강당에서 열린 개교기념식 행사에서 개최됐다.
2026.02.12
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‘올해의 KAIST인상’에 물리학과 이경진 교수 선정
우리 대학은 개교 55주년을 맞아 ‘올해의 KAIST인상’ 수상자로 이경진 물리학과 교수를 선정했다고 12일 밝혔다.
‘올해의 KAIST인상’은 탁월한 학술 및 연구 성과를 통해 국내외에서 KAIST의 발전과 위상 제고에 기여한 구성원에게 수여하는 상으로, 2001년 제정됐다.
제25회 수상자로 선정된 이경진 물리학과 교수는 30여 년간 당연하게 여겨져 온 스핀 전달 이론의 기존 가정을 뒤집고, ‘양자 스핀펌핑(Quantum Spin Pumping)’ 현상을 세계 최초로 규명한 공로를 인정받았다.
기존 이론이 스핀을 단순한 고전적 물리량으로 취급해 온 것과 달리, 이 교수는 실제 물질 속 스핀 역시 전자처럼 본질적인 양자적 성질을 지닌다는 점에 주목했다.
이를 검증하기 위해 이 교수는 스핀의 크기가 특정 조건에서 갑자기 변하는 독특한 성질을 지닌 철-로듐(FeRh) 자성 물질을 연구 대상으로 선택했다. 이 물질에서 로듐(Rh) 원자의 스핀 크기가 점진적으로 변하는 것이 아니라 갑자기 증가하는 양자적 변화를 처음으로 관측했으며, 이러한 스핀 변화 자체가 전자의 움직임을 유도하는 새로운 메커니즘임을 밝혀 ‘양자 스핀펌핑’으로 이론화했다. 실험 결과, 해당 효과는 기존 이론이 예측한 값보다 10배 이상 큰 것으로 확인됐다.
이번 성과는 30년간 유지돼 온 스핀 전달 이론의 핵심 전제를 새롭게 정립한 연구로 평가받고 있으며, 차세대 초저전력 자성 메모리와 양자 정보 소자 개발의 이론적 토대를 제시했다. 해당 연구는 지난해 국제 학술지 ‘네이처(Nature)’에 게재돼 세계적인 주목을 받았다.
한편, 이날 기념식에서는 교육·학술·국제협력 분야에서 탁월한 성과를 거두거나 KAIST의 위상 제고에 크게 기여한 총 58명의 교원에 대한 포상도 함께 진행된다.
최원호 원자력및양자공학과 교수는 저온 대기압 플라즈마의 물리 현상을 세계 최초로 규명하고, 의료·우주 분야 원천기술 확보와 세계 최고 수준의 논문 실적 및 진단 역량을 통해 KAIST의 학술적 위상을 높인 공로로 ‘학술대상’을 수상한다.
‘창의강의대상’은 체험 기반 스포츠 유체역학 교과와 혁신적인 수업 모델을 개발해 유체역학 교육의 새로운 패러다임을 제시한 기계공학과 김형수 교수가 수상한다.
박범순 과학기술정책대학원 교수는 과학·예술·정책을 융합한 ‘인류세 인문학’ 등 혁신적인 융합 교과를 개설하고, 학문 간 경계를 넘나드는 창의적 교수법을 통해 학생들에게 사회를 바라보는 새로운 통찰을 제공한 공로로 ‘우수강의대상’을 받는다.
‘공적대상’은 배현민 전기및전자공학부 교수가 수상한다. 배 교수는 딥테크 시제품 제작 기간 단축과 창업 경진대회의 전국화를 추진하는 등 KAIST 인프라 기반 창업 생태계 확산에 기여했다. 또한 기후테크 육성과 산학 협력 기반 조인트 벤처 모델을 정립해 창업 선순환 구조 구축에 힘썼다.
생명화학공학과 김신현 교수는 ‘국제협력대상’을 수상한다. 김 교수는 교육부 캠퍼스 아시아 사업을 수주해 한·일·중·아세안 간 T2KN 컨소시엄을 구축하고, 총 129명의 학생 교류와 공동 연구를 성공적으로 운영하며 글로벌 교육·연구 네트워크 강화에 기여한 공로를 인정받았다.
이광형 총장은 “남들이 가지 않은 새로운 분야에 도전하고 기존의 한계를 뛰어넘기 위해 헌신하는 구성원들의 노력이야말로 KAIST의 정신”이라며, “오늘은 수상자를 비롯해 성과를 이루기 위해 힘쓴 모든 구성원이 함께 기쁨을 나누고 축하받는 날이 되길 바란다”고 말했다.
2026.02.12
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국회 과방위와 ‘대한민국 Quantum Leap!’양자 포럼 개최
우리 대학은 국회 과학기술정보방송통신위원회(최민희 위원장, 이하 과방위)와 함께 ‘대한민국 Quantum Leap!을 위한 양자 포럼’을 3일 오전 국회의원회관에서 개최했다고 밝혔다.
이번 포럼은 글로벌 양자 기술 패권 경쟁이 본격화되는 가운데, 대한민국의 양자 과학기술 경쟁력을 점검하고 종합 대응 전략과 실행 과제를 모색하기 위해 마련됐다. 국회 과방위 최민희 위원장과 김현 간사가 주최하고, KAIST가 주관했으며 과학기술정보통신부(이하 과기정통부)가 후원했다.
KAIST는 이번 포럼을 통해 정부·정부출연연구기관(이하 정부출연연)·학계를 연결하며, 국가 양자 과학기술 전략을 논의하는 가교 역할을 수행했다.
행사에서는 ▲ 제1차 양자종합계획 및 양자클러스터 기본계획 ▲ 정부출연연·대학의 양자 플래그십 연구 성과 ▲ 양자 기술 공급망 및 산업화 전략 ▲ 초격차 양자 인재 양성 방안 등 대한민국 양자 생태계 전반을 아우르는 핵심 이슈가 집중적으로 논의됐다.
발제 세션에서는 각 분야 전문가들이 국가 전략과 연구 성과를 공유했다. 과기정통부 심주섭 양자혁신기술개발과장이 정부의 양자 정책 방향을 발표했으며, 최재혁 KRISS(한국표준과학연구원) 양자기술연구소장과 한상욱 KIST(한국과학기술연구원) 양자기술활용연구거점사업단장은 정부출연연의 주요 연구 성과와 양자 기술 공급망 전략을 소개했다.
김은성 KAIST 양자대학원장은 ‘초격차 양자 인재 양성 방안’을 주제로 발표하고, 패널 토론 좌장을 맡아 산·학·연 전문가들의 심도 있는 논의를 이끌었다. 토론에는 김동규 KAIST 물리학과 교수(㈜OQT 대표이사)를 비롯해 권상일 DGIST 교수, 이용호 KRISS 초전도양자컴퓨팅시스템연구단장 등이 참여해 연구 성과의 산업화와 양자 생태계 확장 방안을 논의했다.
KAIST는 기초 이론부터 실험, 시스템 구현, 산업 연계에 이르기까지 국가 양자 연구의 핵심 거점 역할을 수행해 왔다. 특히 양자대학원 설립을 통해 석·박사급 인재를 체계적으로 양성하며, 양자컴퓨팅·양자통신·양자센싱 등 양자 3대 핵심 기술 분야에서 세계적 수준의 연구 성과를 창출하고 있다.
또한 KAIST는 MIT와 공동으로 ‘양자정보 겨울학교’를 3년 연속 개최하며 세스 로이드(Seth Lloyd) 등 세계적 석학의 강의를 국내 학생들에게 제공하는 등 글로벌 인재 양성 네트워크를 구축해 왔다. 아울러 국내 최초로 정부출연연인 KRISS, ETRI(한국전자통신연구원)와 공동지도교수제를 도입해 대학의 이론과 연구소의 인프라를 결합한 교육 모델을 정립했다.
이광형 KAIST 총장은 “양자 기술은 국가 산업 경쟁력과 기술 주권을 좌우할 핵심 전략 기술”이라며 “이번 포럼이 정책과 연구, 산업을 잇는 실질적인 논의의 장이 되어 대한민국의 양자 도약을 구체화하는 계기가 되기를 기대한다”고 말했다.
한편, 이날 포럼에는 국회 과방위 소속 의원 및 보좌진을 비롯해 오상록 KIST 원장, 이호성 KRISS 원장, 양자 분야 산·학·연 전문가 등 약 100여 명이 참석해 협력 방안을 모색했다.
2026.02.03
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초전도 비밀 밝힐 극저온 ‘전자 질서’ 양자현상 포착
전류가 손실 없이 흐르는 초전도 현상을 비롯한 물질 내부 양자현상의 비밀은 전자들이 언제 함께 움직이고, 언제 흩어지는지에 있다. 우리 대학 연구진이 전자들이 질서를 만들고 깨뜨리는 순간을 직접 ‘눈으로’ 확인하는 데 성공했다.
우리 대학은 물리학과 양용수·이성빈·양희준·김용관 교수팀이 미국 스탠퍼드대학교와 국제 공동연구를 통해, 양자물질 내부에서 전하밀도파(Charge Density Wave)*가 형성되고 사라지는 과정을 공간적으로 시각화하는 데 세계 최초로 성공했다고 20일 밝혔다.
*전하밀도파: 특별한 양자물질을 매우 낮은 온도로 식혔을 때 전자들이 마치 군무를 추듯 일정한 간격으로 늘어서며 이루는 줄무늬 또는 그물 무늬 같은 패턴
초전도 상태는 에너지 손실 없이 전류가 100% 흐르는 상태로, 아주 낮은 온도에서 특정한 물질에서만 나타난다. (-)전하를 띠는 전자들은 일반적인 환경에서 서로 밀어내지만, 초전도 상태의 전자들은 놀랍게도 둘씩 짝을 이뤄 움직이는 것으로 알려져 있으며, 이 성질은 MRI 병원 검사 기계와 자기부상열차 등에 이미 활용되고 있다. 이와 같이 전하들이 서로 강하게 얽혀 만들어내는 특별한 양자상태는 양자컴퓨터와 같은 차세대 양자기술의 기반이 된다.
초전도 현상을 비롯한 극저온 양자현상을 양자컴퓨터 등에 활용하기 위해서는 물질 속 전자들을 원하는 대로 정밀하게 제어하는 기술이 필수적이다. 하지만 극저온 환경에서 전자들이 만들어 내는 전하밀도파의 무늬 패턴은 어떻게 생기고 사라지는지 직접 관측하기 어려워 많은 부분 베일에 싸여 있었다.
연구진은 액체헬륨으로 냉각한 특수 전자현미경과 4차원 주사투과전자현미경(4D-STEM)을 이용해 전자 무늬의 변화를 실시간으로 관찰했다.
이번 연구는 물이 얼면서 얼음 결정이 자라는 모습을 초고배율 카메라로 촬영하는 것과 비슷하다. 다만 물 대신 약 –253℃의 극저온에서 전자들이 배열되는 모습을 관찰했고, 카메라 대신 머리카락 굵기의 10만 분의 1까지 볼 수 있는 전자현미경을 사용했다는 점이 다르다.
연구 결과, 전자 무늬는 물질 전체에 균일하게 나타나지 않았다. 어떤 영역에서는 선명한 무늬가 보이지만, 바로 옆에서는 전혀 나타나지 않았다. 이는 마치 호수가 한 번에 얼지 않고, 얼음과 물이 섞여 있는 모습과 같다.
연구팀은 이러한 현상이 물질 내부의 아주 미세한 변형(strain)과 깊이 연결돼 있다는 사실도 밝혀냈다. 눈으로는 거의 느낄 수 없는 작은 압력이나 뒤틀림이 전자 무늬의 형성을 방해하는 것이다.
반대로 일부 영역에서는 온도가 올라가도 전자 무늬가 쉽게 사라지지 않고 남아 있는 현상도 관찰됐다. 이는 작은 섬처럼 고립된 ‘양자 질서’가 고온에서도 유지되는 모습으로, 기존 이론으로는 설명하기 어려웠던 결과다.
연구팀은 또 하나의 중요한 성과를 냈다. 전하밀도파 전자 무늬를 이루는 전자들이 서로 얼마나 멀리까지 영향을 주는지를 세계 최초로 정량적으로 밝혀낸 것이다. 이는 단순히 ‘무늬가 있다, 없다’를 넘어서 전자 질서가 어떻게 연결되고 유지되는지를 이해할 수 있게 해 양자물질 연구에 새로운 분석 틀을 제시한 성과로 평가된다.
전하밀도파와 초전도 상태는 때로는 서로 경쟁하고 때로는 서로를 돕는 관계로 알려져 있으며, 이번 연구 결과는 고온 초전도체 연구와도 자연스럽게 연결된다. 즉, 전자 무늬가 안정적으로 유지되는 조건을 알게 되면 초전도 전류가 더 잘 흐르는 재료를 설계할 수 있는 길이 열리는 것이다.
연구를 주도한 양용수 교수는 “그동안은 이론이나 간접 측정에 의존할 수밖에 없었던 극저온에서의 전자 질서와 양자상태의 미세한 변화를 이제는 직접 ‘눈으로 확인’할 수 있게 됐다”며, “양자물질의 숨겨진 질서를 밝혀냄으로써 미래 양자기술의 재료 개발을 가속할 중요한 돌파구”라고 밝혔다.
이번 연구에는 홍석조·오재환·박제민 연구원(KAIST)이 공동 제1저자로 참여했으며, 연구 성과는 물리학 분야 세계적 학술지 피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters) 2026년 1월 6일 자에 게재됐다.
※논문명: Spatial correlations of charge density wave order across the transition in 2H-NbSe₂, DOI: https://doi.org/10.1103/776d-dnmf
본 연구는 한국연구재단 개인기초연구지원사업, 기초연구실, 나노소재기술개발사업, KAIST 특이점교수사업의 지원을 받아 수행됐다.
2026.01.20
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미래 양자 기술의 놀이터, KAIST-MIT 양자정보 겨울학교 성료
“KAIST-MIT 양자 정보 겨울학교를 통해 연구를 더 큰 틀에서 바라볼 수 있었고, 다양한 학교와 전공의 학생들이 협력해 프로젝트를 완성한 경험이 매우 신선했다” (조준형 KAIST 전기및전자공학부 학생)
우리 대학은 양자대학원이 미국 매사추세츠공과대학(MIT)과 공동으로 1월 5일부터 16일까지 대전 KAIST 본원에서 개최한 ‘KAIST-MIT 양자정보 겨울학교’를 성공적으로 마쳤다고 16일 밝혔다.
이번 겨울학교에는 국내외 학부 3~4학년생 50명이 선발돼 차세대 양자 인재로의 성장을 위한 집중 교육을 받았다. 프로그램에는 KAIST와 MIT의 양자 분야 석학 8인이 참여해 이론 강의부터 최첨단 양자 실험 소개, 출연연 연구현장 방문, 수강생 포스터 발표까지 이론과 실무를 아우르는 입체적 교육 과정을 제공했다.
2024년 첫 개최 이후 올해로 3회차를 맞은 이번 겨울학교는 국내 최고 수준의 양자 정보 교육 프로그램으로 자리매김했다는 평가를 받고 있다. KAIST 교수진과 함께 MIT 소속 세계적 석학들이 직접 강의와 현장 교육에 참여하며, 양자 정보 과학 전반을 아우르는 집중 교육 과정이 운영됐다.
강의에는 양자컴퓨팅, 양자 소자, 양자 기계 학습, 양자 시뮬레이션 분야의 세계적 권위자인 파블로 하릴로-헤레로(Pablo Jarillo-Herrero), 세스 로이드(Seth Lloyd), 케빈 오브라이언(Kevin P. O’Brien), 윌리엄 올리버(William D. Oliver) 교수 등 MIT 교수진과 안재욱, 배준우, 조길영, 최재윤 교수 등 KAIST 양자 과학 분야 석학들이 참여했다.
참가 학생들은 이론 강의에 그치지 않고, 양자 컴퓨팅·통신·센싱·시뮬레이션 등 핵심 분야의 실험 교육을 통해 최첨단 양자 기술의 연구 동향과 기술적 한계, 향후 발전 방향을 폭넓게 이해하는 시간을 가졌다.
또한 한국표준과학연구원(KRISS)과 한국전자통신연구원(ETRI)을 방문해 실제 연구 현장을 체험하며, 양자 이론과 실무를 연결하는 현장 중심 교육을 경험했다. 참가 학생들이 자신의 연구 아이디어를 공유한 포스터 발표 세션은 MIT 교수진으로부터 직접 피드백을 받는 심층 학문 교류의 장으로 큰 호응을 얻었다.
부산대학교 김태희 학생은 “MIT 교수진의 열정과 학생들의 높은 질문 수준에 큰 자극을 받았다”며 “스스로 더 깊이 공부하게 되는 계기가 됐다”고 말했다. 연세대학교 황병진 학생은 “세계적 석학의 강의라 어려울 줄 알았지만, 학부생 눈높이에 맞춘 설명이 인상 깊었다”며 “특히 논문 포스터 발표 세션이 가장 기억에 남는다”고 전했다.
김은성 KAIST 양자대학원장은 “KAIST–MIT 양자정보 겨울학교는 세계적인 양자 연구자들에게 직접 배우고 최첨단 연구를 체험할 수 있는 특별한 교육 프로그램”이라며 “앞으로도 미래 양자 산업을 이끌 인재들이 적극적으로 참여하길 기대한다”고 말했다.
이번 겨울학교는 서류 평가를 통해 학생을 선발했으며, 참가비는 전액 무료로 운영됐다. KAIST는 교육 과정에 필요한 비용 전액과 함께 기숙사 및 중식을 지원했다. 행사에 대한 자세한 내용은 KAIST 양자대학원 홈페이지(https://quantumschool.kaist.ac.kr/)에서 확인할 수 있다.
2026.01.16
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광컴퓨팅·양자 보안 핵심 ‘빛 반도체’ 직접 찍어낸다
거대 인공지능(AI)을 위한 초고속 광컴퓨팅, 양자 암호 통신, 초고해상도 증강현실(AR) 디스플레이 등 미래 첨단 산업에서는 빛으로 정보를 처리하는 나노 레이저가 차세대 반도체의 핵심 소자로 주목받고 있다. 우리 대학 연구진이 머리카락보다 얇은 공간에서 빛으로 정보를 처리하는 나노 레이저를 반도체 칩 위에 고밀도로 배치할 수 있는 새로운 제작 기술을 제시했다.
우리 대학은 기계공학과 김지태 교수 연구팀이 POSTECH(총장 김성근) 노준석 교수 연구팀과의 공동 연구를 통해, 초고밀도 광집적회로의 핵심 소자인 ‘수직형 나노 레이저’를 만들 수 있는 초미세 3차원 프린팅 기술을 개발했다고 6일 밝혔다.
기존 반도체 제조 방식인 리소그래피 공정은 같은 구조를 대량 생산하는 데는 효과적이지만, 공정이 복잡하고 비용이 많이 들어 소자의 형태나 위치를 자유롭게 바꾸기 어렵다는 한계가 있었다. 또한 대부분의 기존 레이저는 기판 위에 눕혀진 수평 구조로 만들어져 공간을 많이 차지하고, 빛이 아래로 새어 나가 효율이 떨어지는 문제가 있었다.
연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 빛을 효율적으로 만들어내는 차세대 반도체 소재인 ‘페로브스카이트’를 수직으로 쌓아 올리는 새로운 3D 프린팅 방식을 개발했다. 이 기술은 전압을 이용해 눈에 보이지 않을 만큼 작은 잉크 방울(아토리터, 10⁻¹⁸ L)을 정밀하게 제어하는 ‘초미세 전기유체 3D 프린팅’ 기술이다.
이를 통해 재료를 깎아내는 복잡한 공정 없이, 원하는 위치에 머리카락보다 훨씬 가는 기둥 모양의 나노 구조물을 수직으로 직접 인쇄하는 데 성공했다.
기술의 핵심은 이렇게 인쇄된 페로브스카이트 나노 구조물의 표면을 매우 매끄럽게 만들어 레이저 효율을 크게 높였다는 점이다. 연구팀은 프린팅 과정에 기체상 결정화 제어 기술을 결합해, 결정이 거의 하나로 정렬된 고품질 구조를 구현했다. 그 결과 빛의 손실이 적고 안정적으로 작동하는 ‘고효율 수직형 나노 레이저’를 구현할 수 있었다.
또한 나노 구조물의 높이를 조절해 레이저가 내는 빛의 색을 정밀하게 바꿀 수 있음을 입증했다. 이를 활용해 육안으로는 보이지 않지만 특수 장비로만 확인할 수 있는 레이저 보안 패턴을 제작했으며, 위조 방지 기술로서의 상용화 가능성도 확인했다.
김지태 교수는 “이번 기술은 복잡한 공정 없이 빛으로 계산하는 반도체를 칩 위에 직접 고밀도로 구현할 수 있게 한다”며, “초고속 광컴퓨팅과 차세대 보안 기술의 상용화를 앞당길 것”이라고 말했다.
이번 연구 결과는 기계공학과 스치 후(Shiqi Hu) 박사가 제 1 저자로 나노과학 분야 국제 권위 학술지 ACS Nano에 2025년 12월 6일 온라인 판으로 게재됐다.
※논문명: Nanoprinting with Crystal Engineering for Perovskite Lasers
DOI: https://doi.org/10.1021/acsnano.5c16906
이번 연구는 과학기술정보통신부 우수신진연구(RS−2025-00556379), 중견연구자지원사업 (RS-2024-00356928), 이노코어(InnoCORE) AI 기반 지능형 설계-제조 통합 연구단(N10250154)의 지원으로 수행되었다.
2026.01.06
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대전에 국가 양자팹 구축...한국 양자기술 인프라 본격 시동
우리 대학은 3일 대전 KAIST 본원에서 국가 양자팹 연구소 개소식과 양자팹 연구동 기공식을 개최하고, 대한민국 양자기술 경쟁력 강화를 위한 국가 핵심 인프라 구축에 본격 착수했다고 3일 밝혔다.
이번 행사는 조용훈 양자팹 연구소장의 경과보고와 연구소 소개로 시작됐으며, 양자팹 연구동 건립의 공식 시작을 알리는 시삽식과 현판 제막식이 이어졌다. 행사에는 이장우 대전시장, 이광형 KAIST 총장, 나노종합기술원·한국표준과학연구원 원장 등 정부·지자체·협력기관 관계자 50여 명이 참석했다.
우리 대학은 지난해 과기정통부·정보통신기획평가원 공모에서 양자팹 주관기관으로 선정된 이후, 대전시로부터 건물 건립비 200억 원 지원을 확약받아 연구소 설치 및 설계를 마쳤다. 새로운 양자팹 연구동은 연면적 2,498㎡ 규모로 2027년 준공을 목표로 한다.
신축 건물에는 국내 최대 규모의 양자 소자 전용 개방형 클린룸 팹을 구축하며, 2031년까지 국비·지자체·KAIST 예산을 포함해 총 450억 원 이상이 투입된다. 1·3층 FAB 클린룸에는 37대 이상의 첨단 장비가 단계적으로 설치되며, Class 100~1,000 청정도 기준과 항온·항습·비상전력 등 안정성 설비도 함께 갖춘다.
KAIST 양자팹은 연구자가 직접 공정할 수 있는 완전 개방형 운영을 기반으로 광자, 점결함, 중성원자 등 다양한 양자 플랫폼의 공정 기술을 지원하며, 교육·워크숍 등 사용자 프로그램도 강화한다. 올해 7월 1단계 서비스를 시작했으며, 2028년부터는 신축 장비를 기반으로 한 2단계 본격 운영에 들어간다.
이장우 대전시장은 “KAIST 개방형 양자팹은 대한민국 양자산업화를 이끌 핵심 플랫폼”이라며 “특히 한·미 양국이 3,500억 달러 규모 기술협력 패키지에서 양자컴퓨팅을 전략 분야로 명시한 만큼 대전의 역할이 더욱 중요해지고 있다”고 밝혔다.
조용훈 소장은 “사용자 중심 공정 지원 체계를 통해 국가 양자 연구 생태계의 중추 역할을 하겠다”며 “연구역량과 지원 체계를 기반으로 산학연 협력을 확대해 향후 파일럿 양자팹으로 도약하겠다”고 말했다.
이광형 총장은 “양자과학기술은 미래 기술 패권을 좌우할 핵심 전략 영역”이라며 “이번 개소식과 기공식을 계기로 산·학·연·관이 힘을 모아 국가 양자 생태계 경쟁력을 강화해 나가겠다”고 밝혔다.
KAIST는 앞으로 양자팹을 중심으로 자립 운영이 가능한 선순환 시스템을 구축하고, 전문 인재 양성 및 플랫폼별 공정 기술 개발을 통해 국가 전략기술 경쟁력 제고에 더욱 힘쓸 계획이다.
2025.12.03
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C-band 세계 최고 성능 ‘양자 인터넷 핵심 광원’ 개발
C-band(씨밴드)는 광섬유를 통해 인터넷 신호가 가장 멀리, 가장 적게 손실되며 전달되는 ‘최적의 빛 파장대(약 1550 nm)’를 말한다. 즉, 인터넷이 가장 잘 달리는 고속도로의 색깔이라고 생각하면 된다. 이 파장에서 원하는 시점에 발생되는 확정적 양자 광원을 안정적으로 만들어내는 기술은 전 세계가 해결하지 못한 큰 난제였다. 그런데 한국 연구진이 C-band에서 세계 최고 품질(동일성 72%, 순도 97%)의 단일 광자원을 만드는 데 성공했다.
우리 대학은 물리학과 조용훈 교수 연구팀이 올해 상온에서도 작동되는 광통신 대역의 위치 제어된 단일 광자원을 실험적으로 구현한데 이어서, 세계 최고 수준의 ‘구별불가능한 동일 광자’를 만드는 C-band 대역의 양자 광원을 잇달아 개발했다고 30일 밝혔다.
일반적인 손전등은 빛을 ‘우르르’ 쏟아내지만, 단일 광자원은 빛을 한 번에 딱 하나씩 꺼내는 장치다. 이 빛은 복사가 불가능하기에 도청이 거의 불가능한 양자 통신의 핵심 요소다.
또한, 만들어낸 광자들이 서로 완전히 똑같아 보일 정도로 동일하면 두 광자를 합쳤을 때 특이한 양자 효과(홍–오–만델 간섭, Hong-Ou-Mandel)가 나타나고, 이 효과는 양자 중계기, 양자 순간이동, 양자 네트워크 구축 등과 같은 미래 양자 인터넷의 필수 기술을 구현하는 바탕이 된다. 즉, ‘빛을 원하는 시점에 하나씩 만들고 (순도), 그 빛들을 완전히 똑같게 만드는 능력(동일성)’이 양자 인터넷을 위한 양자 광원의 핵심 성능이다.
■ 연구성과 1) 상온에서도 잘 작동하는 광통신 대역의 위치 조절된 단일 광자원 개발
연구팀은 상온에서도 잘 작동하는 단일 광자원을 개발하기 위해 질화갈륨(GaN)이라는 재료의 결함에서 나오는 단일 광자에 주목했다. 하지만 이 기술은 결함이 아무 곳에서나 생기고 빛이 박막 안에서 갇혀 빠져나오기 어렵고 효율이 낮다는 문제가 있었다.
연구팀은 미세 패턴을 새긴 사파이어 기판(PSS)을 만들고 그 위에 GaN 박막을 성장시켜 빛이 나오는 결함의 위치를 원하는 대로 조절하고, 빛이 완전히 갇히지 않고 밖으로 잘 나오도록 만드는 데 성공했다. 그 결과, 상온에서도 통신용 파장대(1.1–1.35 µm)에서 단일 광자의 위치와 밀도를 제어하면서 보다 안정적으로 만들 수 있게 됐다. 이 연구는 김혜민 박사과정이 제 1저자로 참여했으며, 양자 기술 분야 국제 학술지인 ‘Advanced Quantum Technologies’ 게재되었고 2월호 표지 논문으로 선정됐다. (논문명: Spatial Distribution Control of Room-Temperature Single Photon Emitters in the Telecom Range from GaN Thin Films Grown on Patterned Sapphire Substrates, DOI: 10.1002/qute.202400177)
한국연구재단의 중견연구자지원사업, 정보통신기획평가원의 양자암호통신집적화 및 전송기술 고도화 사업, 그리고 삼성미래기술육성사업의 지원을 받아 수행됐다.
■ 연구성과 2) 광섬유 인터넷과 바로 연결되는 C-band 대역의 고동일성 양자 광원 개발
전 세계 인터넷은 (1550 nm 부근의) C-band 대역의 빛을 표준으로 사용한다. 왜냐하면 이 파장은 광섬유 속에서 가장 적게 약해지고, 가장 멀리 전달되기 때문이다.
따라서 이 파장에서 양자 광원을 만들어내면 기존 인터넷망과 그대로 연결되는 양자 인터넷이 가능하다. 문제는 이 파장에서 높은 품질의 확정적 단일 광자를 만드는 것이 세계적으로 가장 어려운 기술 중 하나라는 점이다.
양자점은 ‘아주 작은 빛 공장’처럼 크기에 따라 낼 수 있는 빛의 색이 달라지는데, 기존 재료(GaAs 위에 InAs)로는 양자점이 너무 작게 형성되어 주로 900 nm 부근의 양자 광원을 성능 좋게 잘 만들 수 있었다.
연구팀은 먼저 장파장의 빛을 내는, 더 큰 양자점을 만들 수 있도록 ‘재료 조합’을 새로 설계했다. 이에 InP 기판과 InAlGaAs 장벽 조합을 도입해 더 큰 InAs 양자점을 성장시키는 데 성공했고, 이 양자점이 드디어 1550 nm (C-band), 즉 광섬유 통신에서 사용하는 파장에서 단일 광자를 효과적으로 만들어내도록 했다. 결국, 재료 조합을 바꿔 더 큰 ‘빛 공장’을 지어 C-band 빛을 구현한 셈이다.
다음으로 연구팀은 광자 품질을 높이기 위한 구조적 개선을 적용했다. 성장된 양자점을 중심에 두고 초정밀 원형 브래그 격자(CBG) 구조를 제작함으로써 빛 알갱이인 광자가 더 빠르고 깨끗하게 방출하도록 하였다. 쉽게 말해 빛 공장에 특수 배광 장치를 달아 보다 많은 빛이 빠르게 빠져나오도록 한 것이다.
또한 양자점을 켜는 방식(여기 방식)도 개선했다. 기존 방식은 잡음이 섞이거나 시간이 지날수록 빛의 색이 흔들려 광자들이 서로 완전히 같아지지 않는 문제가 있었다. 연구팀은 이를 해결하기 위해 준공명 p-shell 여기 방식을 사용했다. 이는 빛이 나오는 에너지(s-shell) 보다 위 단계(p-shell)를 살짝 건드려 양자점을 부드럽고 안정적으로 켜는 방식이다. 이렇게 하면 원하는 빛 만을 잘 선택할 수 있고 잡음과 시간 흔들림이 크게 줄어든다.
이러한 두 가지 기술(구조 개선 + 준공명 p-shell 여기)을 결합한 결과, 연구팀은 동일성 72%와 순도 97%라는 C-band 최고 품질 기록을 달성했다.
물리학과 김재원 박사과정이 제 1저자로 참여한 이번 연구 결과는 양자 기술 분야 국제 학술지인 ‘Advanced Quantum Technologies’ 게재되었고 10월호 표지 논문으로 선정됐다. (논문명: Two-Photon Interference from an InAs Quantum Dot Emitting in the Telecom C-Band, DOI: 10.1002/qute.202500069)
한국연구재단 양자기술 국제협력 강화사업 “칩 스케일 다수 확장 양자광원 및 광집적회로 기술개발”등의 지원을 받아 독일 뷔르쯔부르크 대학과 공동연구로 수행되었다.
조용훈 교수는 “기존 광섬유 통신망과 바로 연결될 수 있는 파장에서 사용될 수 있는 확정적 양자 광원을 세계 최고 수준으로 얻은 결과”라고 밝혔다.
이어 “최근 선정된 양자과학기술 플래그십 프로젝트를 통해 이러한 확정적 양자 광원의 동일성을 95% 이상으로 더욱 고도화하여, 양자컴퓨터·양자통신·초정밀 센싱 등 차세대 양자기술의 성능을 결정짓는 핵심 기반 기술인 다중 광자 얽힘 기술을 개발할 계획”이라고 말했다.
2025.12.01
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빛 기반 양자컴퓨터 연산을 ‘CT처럼’ 완전히 들여다본다
빛(광학)을 기반으로 한 양자컴퓨터는 빠른 속도와 높은 확장성을 갖춘 차세대 컴퓨팅 기술로 주목받고 있다. 하지만 여러 개의 빛 신호(광학 모드)가 동시에 얽혀 작동하는 복잡한 연산 과정을 실험으로 정확히 규명하는 것은 매우 어려운 기술로 여겨져 왔다. 우리 대학 연구팀은 이러한 한계를 극복해, 복잡한 다중 광학모드 양자 연산을 CT처럼 훤하게 볼 수 있는 효율적인 기술을 세계 최초 개발했다. 이번 기술은 적은 데이터로도 대규모 연산을 분석할 수 있어, 차세대 양자컴퓨팅과 양자통신 기술 발전에 중요한 전환점을 마련했다.
우리 대학은 물리학과 라영식 교수 연구팀이 빛을 이용해 연산하는 양자컴퓨터의 내부에서 일어나는 다중 광학모드 양자연산의 특성을 빠르고 정확하게 파악할 수 있는 양자연산 토모그래피(Quantum Process Tomography) 기술을 개발했다고 17일 밝혔다.
양자컴퓨터의 ‘CT 촬영’ 기술, 한계를 뛰어넘다
‘토모그래피(Tomography)’는 의료용 CT처럼 보이지 않는 내부 구조를 다양한 데이터를 바탕으로 복원하는 기술이다. 양자컴퓨팅에서도 동일하게, 여러 실험 데이터를 이용해 양자연산 내부의 작동 원리를 재구성하는 기술이 필수적이다. 양자컴퓨터가 기존 컴퓨터보다 월등한 성능을 내려면 동시에 조작할 수 있는 양자 단위(큐빗 or 모드)의 수가 많아야 한다. 하지만 큐빗 또는 광학 모드의 수가 늘어날수록 토모그래피에 필요한 작업량이 기하급수적으로 증가해, 기존 기술로는 5개 이상의 광학 모드를 분석하는 것조차 어려웠다.
연구팀은 이번 기술로 양자연산 내부에서 실제로 무슨 일이 일어나는지 CT 촬영하듯 명확하게 그려낼 수 있게 되었다.
증폭 행렬·잡음 행렬 기반의 새로운 수학 프레임워크 제시
양자컴퓨터 안에서는 여러 개의 빛 신호가 서로 영향을 주며 매우 복잡하게 얽혀 움직인다. 연구팀은 비선형 광학 과정(nonlinear optical process)을 정밀하게 기술하는 새로운 수학적 표현을 도입했다.
빛이 서로 영향을 주고받으며 변하는 복잡한 양자 상태를 빛이 얼마나 증폭되고 어떻게 변했는지에 대한 ‘증폭 행렬(Amplification matrix)’과 외부 환경 때문에 생긴 잡음이나 손실이 얼마나 섞였는지에 대한‘잡음 행렬(Noise matrix)’이라는 두 가지 틀로 분석하는 방식이다.
이 방식은 빛이 본래 가진 양자특성 변화(이상적인 변화)와 현실 세계에서 피할 수 없는 잡음(비이상적인 변화)을 각각 따로, 동시에 정확하게 볼 수 있는 '양자 상태 지도'를 만든 것으로 실제 양자컴퓨터의 동작을 더욱 현실적으로 규명할 수 있다.
데이터량은 혁신적으로 줄이고 분석은 16모드까지 확대
연구팀은 양자연산이 어떻게 작동하는지 알아내기 위해 여러 종류의 ‘빛 신호(양자상태)’를 입력하고, 그 결과가 어떻게 바뀌었는지 하나하나 정밀하게 관찰했다. 그리고 이렇게 모은 데이터를 가장 정확한 방식으로 설명해주는 통계 기법(최대우도추정)을 이용해 ‘실제로 내부에서 어떤 연산이 일어났는지’를 역으로 추적했다.
그 결과, 기존 방식은 모드가 조금만 늘어나도 필요한 분석 양이 폭발적으로 많아져 사실상 5개 정도까지만 분석이 가능했지만, 이번 기술은 필요한 계산량을 크게 줄여, 세계 최초로 무려 16개의 광학 모드(빛 신호)가 서로 얽혀 작동하는 대규모 양자연산을 실험적으로 규명하는데 성공했다.
라영식 교수는 “이번 연구는 양자컴퓨팅의 필수 기반기술인 양자연산 토모그래피의 효율을 획기적으로 높인 성과”라며, “확보한 기술은 향후 양자컴퓨팅·양자통신·양자센싱 등 다양한 양자기술의 확장성과 신뢰성을 높이는 데 크게 기여할 것”이라고 말했다.
물리학과 곽근희 석박사통합과정 학생이 제1 저자로 참여하고 노찬 박사후연구원, 윤영도 석박사통합과정 학생, 임페리얼 칼리지 런던(Imperial College London)의 김명식 교수가 공동 저자로 참여한 이번 연구는 저명 국제 학술지 `네이처 포토닉스(Nature Photonics)'에 2025년 11월 11일 온라인판으로 정식 출판됐다.
※ 논문명: Completely characterizing multimode second-order nonlinear optical quantum processes, DOI:10.1038/s41566-025-01787-x
한편 이번 연구는 한국연구재단 (양자컴퓨팅 기술개발사업, 중견연구자 지원사업, 소재혁신 양자시뮬레이터 개발사업, 양자기술연구개발 선도사업, 기초연구실 지원사업)과 정보통신기획평가원 (양자인터넷 핵심원천기술 사업, 대학ICT연구센터지원사업) 및 미국 공군연구소의 지원을 받아 수행됐다.
2025.11.17
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대전시와 국내 최대 규모‘개방형 양자팹’구축 업무협약 체결
우리 대학은 23일 오전 11시 대전 KAIST 본원에서 개방형 양자팹 구축 및 운영에 관한 업무 협약식을 개최했다고 밝혔다.
이번 협약은 지난해 5월 KAIST가 과학기술정보통신부와 정보통신기획평가원(IITP)이 지원하는 ‘개방형 양자공정 인프라 구축 사업’의 주관기관으로 최종 선정된 후, 대전시와 함께 양자팹 건립을 본격화하기 위한 후속 조치이다. 대전시는 총 200억 원의 지방비를 투입해 사업을 지원한다.
‘KAIST 개방형 양자팹(이하 양자팹)’은 국내 최대 규모의 양자 소자 전용 개방형 클린룸 팹 시설로, KAIST 본원 미래융합소자동 인근 부지에 건축면적 977㎡, 연면적 2,498㎡, 지하 1층~지상 3층 규모로 건립된다. 2031년까지 국비 234억 원, 대전시비 200억 원, KAIST 자체 예산 16.2억 원 등 총 450억 원 이상이 투입될 예정이다.
현재 국내에서는 초전도, 광자, 중성원자, 이온트랩, 반도체 스핀 등 다양한 큐비트 플랫폼 연구가 활발하게 진행되고 있으나, 양자소자를 직접 제작·평가할 수 있는 공정 인프라는 초기 단계에 머물러 있다. 기존 반도체 팹은 양자소자 요구 특성과 일치하지 않기 때문에, 양자 전용 공정 시설 확보가 국가 경쟁력 차원에서 시급하다.
이에 KAIST는 이번 사업을 통해 연구자와 기업이 함께 활용할 수 있는 개방형 양자공정 환경을 구축하고, 양자소자 설계–제작–분석–평가가 한곳에서 이루어지는 국내 양자연구 허브를 조성할 계획이다.
이번 협약에 따라 KAIST와 대전시는 ▲양자팹 구축 및 장비 설치 ▲시설 유지·보수 및 운영 ▲양자 인재 양성 ▲양자 산업 지원 및 프로그램 발굴 ▲양자클러스터 조성·확산 등 지역 기반 양자 산업 생태계 조성을 위해 협력하기로 했다.
양자팹에는 패터닝, 건식·습식 식각, 증착, 패키징, 분석 등 양자소자 제작에 필요한 필수 공정 장비 36대 이상이 단계적으로 구축된다. 이 가운데 신규 장비 14대가 도입되며, 기존 장비 22대 이상이 이전·활용된다.
우리 대학은 본원 미래융합소자동에 보유한 클린룸과 기존 장비를 연계해 2025년 7월부터 24시간 개방형 시범 운영을 시작하였으며, 2027년에 완공될 신축 양자팹 연구동에 신규 공정 장비들을 설치하고 2028년부터 본격적인 운영을 예고하고 있다.
연구자와 기업은 개방형 홈페이지(nqfab.kr)에서 예약 후 무료 교육을 받고 장비를 활용할 수 있으며, 공정 품질 관리, 전문가 교육, 국제 협력 프로그램 등 다양한 공정·인력 양성 지원도 제공받을 수 있다.
이장우 대전시장은 “개방형 양자팹이 대전을 양자산업 중심으로 이끄는 발판이 될 것”이라며 “KAIST와 협력해 지역 산·학·연이 함께 성장하고, 양자 기술로 미래 산업과 지역 경제를 이끌겠다”고 말했다.
조용훈 국가양자팹연구소장은 “개방형 양자팹은 국내 양자 연구 생태계의 실질적 기반”이라며 “사용자 중심의 공정 지원 체계를 통해 다양한 플랫폼 기반의 양자소자 연구를 적극 지원하겠다”고 말했다.
이광형 KAIST 총장은 “양자과학기술은 미래 기술 패권을 좌우할 핵심 전략 분야”라며 “이번 협약을 계기로 산·학·연·관이 협력해 대한민국 양자 생태계의 경쟁력 기반을 확립하겠다”고 밝혔다.
우리 대학은 이번 업무협약을 기반으로 자립 운영이 가능한 선순환 시스템을 구축하고, 전문 인재 양성과 플랫폼별 공정 기술 개발을 통해 국가 전략기술 경쟁력을 강화해 나갈 계획이다.
2025.10.23
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세계 최초 양자컴퓨팅으로 레고처럼 다공성 물질 설계
다성분 다공성 물질(Multivariate Porous Materials, MTV)은 일종의 ‘레고 블록 집합’과 같이 분자 수준에서 맞춤형 설계가 가능한 소재로, 원하는 구조를 자유롭게 구현할 수 있다. 이를 활용하면 에너지 저장·변환을 비롯해 다양한 응용이 가능해 환경 문제 해결과 차세대 에너지 기술 발전에 크게 기여할 수 있다. 우리 연구진은 여기에 양자컴퓨팅을 세계 최초로 도입해 복잡한 MTV 설계의 난제를 해결했으며, 이를 통해 차세대 촉매·분리막·에너지 저장 소재 개발의 혁신적 길을 열었다.
우리 대학 생명화학공학과 김지한 교수 연구팀이 양자컴퓨터를 활용해 수백만 가지 다성분 다공성 물질(이하 MTV)의 설계 공간을 효율적으로 탐색할 수 있는 새로운 프레임워크를 개발했다고 9일 밝혔다.
MTV 다공성 물질은 두 종류 이상의 유기 리간드(링커)와 금속 클러스터와 같은 빌딩 블록 물질 간의 결합을 통해 형성되는 구조로 에너지 및 환경 분야에서 큰 활용 가능성을 갖고 있다. 이는 다양한 구성 조합을 통해 새로운 구조를 설계 및 합성이 가능하고, 대표적으로는 가스 흡착, 혼합가스 분리, 센서, 촉매 등이 있다.
하지만, 구성 성분이 다양해질수록 가능한 조합의 수가 기하급수적으로 늘어나, 기존 방식인 고전 컴퓨터를 이용해 모든 구조를 하나하나 확인하는 방식으로는 복잡한 링커 조합의 MTV 구조의 설계 및 물성 예측이 불가능했다.
연구팀은 복잡한 다공성 구조를 ‘지도 위에 그려진 연결망(그래프)’처럼 표현한 뒤, 각 연결 지점과 블록 종류를 양자컴퓨터가 다룰 수 있는 큐비트로 바꿔 넣었다. 그리고 ‘어떤 블록을 어느 비율로 배치하면 가장 안정적인 구조가 될까?’라는 문제를 양자컴퓨터에게 풀도록 했다.
양자컴퓨터는 동시에 여러 가지 경우를 겹쳐서 계산할 수 있기 때문에, 마치 수백만 가지 레고 집을 한 번에 펼쳐놓고, 그중 가장 튼튼한 집을 빠르게 골라내는 것과 같은 효과를 냈다. 이 덕분에 기존 컴퓨터가 하나씩 다 계산해야 했던 막대한 경우의 수를 훨씬 적은 자원으로 탐색할 수 있다.
또한 연구팀은 실제 보고된 MTV 구조 4가지를 대상으로 실험했는데, 시뮬레이션 뿐만 아니라 IBM 양자컴퓨터에서도 동일한 결과가 나와 ‘실제로도 잘 작동한다”는 가능성을 보여줬다.
앞으로는 이 방법을 머신러닝과 결합해 단순한 구조 설계뿐 아니라 합성 가능성, 가스 흡착 성능, 전기화학적 특성까지 한 번에 고려하는 플랫폼으로 확장할 계획이다.
김지한 교수는 “이번 연구는 복잡한 다성분 다공성 소재 설계의 병목을 양자컴퓨팅으로 해결한 첫 사례”라며, “이번 성과는 탄소 포집·분리, 선택적 촉매 반응, 이온전도성 전해질 등 정밀 조성이 핵심인 분야에서 맞춤형 소재 설계 기술로 폭넓게 응용될 전망이며, 향후 더 복잡한 시스템에도 유연하게 확장될 수 있을 것”이라고 말했다.
이번 연구는 생명화학공학과 강신영·김영훈 박사과정이 공동 제1 저자로 참여했으며, 연구 결과는 국제 학술지 미국 화학회지(ACS Central Science) 8월 22일자 온라인판에 게재됐다.
※ 논문명: Quantum Computing Based Design of Multivariate Porous Materials
※ DOI https://doi.org/10.1021/acscentsci.5c00918
한편 이번 연구는 과학기술정보통신부 중견연구자지원사업과 이종소재지원사업의 지원을 받아 수행됐다.
2025.09.09
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와이파이보다 100배 빠른‘라이파이’속도·보안 다 잡았다
라이파이(Li-Fi)는 LED 불빛처럼 눈에 보이는 빛인 가시광선 대역(400~800 THz)을 활용한 무선통신 기술로, 기존 와이파이(Wi-Fi)보다 최대 100배 빠른 속도(최대 224Gbps)를 제공한다. 사용할 수 있는 주파수 할당의 제약이 없고 전파 혼신 문제도 적지만, 누구나 접근이 가능해서 보안에는 상대적으로 취약하다. 한국 연구진이 기존 광통신 소자의 한계를 뛰어넘어 송신 속도와 보안을 동시에 향상시킬 수 있는 라이파이의 새로운 플랫폼을 제시했다.
우리 대학 신소재공학과 조힘찬 교수 연구팀이 국가과학기술연구회(NST, 이사장 김영식) 산하 한국표준과학연구원(KRISS, 원장 이호성) 임경근 박사와 협력해, 차세대 초고속 데이터 통신으로 주목받는 ‘라이파이(Li-Fi)’ 활용을 위한 ‘온-디바이스 암호화 광통신 소자’ 기술을 개발했다고 24일 밝혔다.
조힘찬 교수팀은 친환경 양자점(독성이 적고 지속 가능한 소재)을 이용해 고효율 발광 트라이오드 소자를 만들었다. 연구팀이 개발한 소자는 전기장을 이용해 빛을 발생시키는 장치이다. 특히, ‘투과 전극에 존재하는 아주 작은 구멍(핀홀)’ 영역에 전기장이 집중되고 전극 너머로 투과되는데, 이 소자는 이를 이용하여 두 가지 입력 데이터를 동시에 처리할 수 있다.
이 원리를 이용해 연구팀은 ‘온-디바이스 암호화 광송신 소자’라는 기술을 개발했다. 이 기술의 핵심은 기기 자체에서 정보를 빛으로 바꾸면서 동시에 암호화까지 한다는 점이다. 즉, 복잡한 별도의 장비 없이도 보안이 강화된 데이터 전송이 가능하다.
외부양자효율(EQE)은 전기를 얼마나 효율적으로 빛으로 변환하는지를 나타내는 지표로, 상용화를 위한 기준은 일반적으로 약 20% 수준이다. 이번에 개발된 소자는 17.4%의 EQE를 기록했으며, 휘도(luminance) 또한 스마트폰 OLED 화면의 최대 밝기인 2,000nit를 크게 웃도는 29,000nit로, 10배 이상의 높은 밝기를 구현했다.
또한, 연구팀은 이 소자가 어떻게 정보를 빛으로 바꾸는지를 더 정확히 이해하기 위해, ‘과도 전계 발광 분석’이라는 방법을 사용하여, 아주 짧은 시간(수백 나노초 = 10억 분의 1초 단위) 동안 전압을 순간적으로 인가했을 때, 소자에서 발생하는 발광 특성을 분석했다. 이 분석을 통해 수백 나노초 단위에서 소자 내 전하들의 이동을 분석해 단일 소자 내에서 구현되는 이중채널 광변조의 작동 메커니즘을 규명했다.
KAIST 조힘찬 교수는 “이번 연구는 기존의 광통신 소자의 한계를 뛰어넘어 송신 속도를 높이면서도 보안능력을 향상할 수 있는 새로운 통신 플랫폼을 제시했다”라고 언급했다.
이어 “추가 장비 없이도 보안을 강화하면서, 암호화와 송신을 동시에 구현하는 이번 기술은 향후 보안이 중요한 다양한 분야에서 폭넓게 응용될 수 있을 것”이라고 덧붙였다.
KAIST 신소재공학과 신승민 박사과정이 제1 저자로 참여하고, 조힘찬 교수, KRISS 임경근 박사가 공동 교신 저자로 참여한 이번 연구는 국제학술지 `어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)'에 5월 30일 자 출판됐으며, inside front cover 논문으로 선정됐다.
※ 논문명: High-Efficiency Quantum Dot Permeable electrode Light-Emitting Triodes for Visible-Light Communications and On-Device Data Encryption
※ DOI: https://doi.org/10.1002/adma.202503189
한편, 이번 연구는 한국연구재단, 국가과학기술연구회(NST) 및 한국산업기술진흥원의 지원을 받아 수행됐다.
2025.06.24
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