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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 조회수 861 -
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 조회수 1325 -
기존 양자점 뛰어넘는 적외선 센서 기술 개발
최근 양자 큐비트 기술 분야에서는 양자 상태를 확보하기 위해 결정질 반도체를 활용한 아발란체 광다이오드 소자*들이 활용되고 있으나, 높은 열잡음으로 인해 극저온 구동이 필수적이며, 적외선 대역에서 높은 탐지 효율을 갖는 소재의 부재로 기술적 한계에 직면했다. 우리 연구진이 양자점 소재가 차세대 양자 기술로 활용될 돌파구를 제시했다.
*아발란체 광다이오드 소자: 매우 미세한 빛을 증폭하여 감지하는 고성능 센서 소자로서 야간 투시경이나 자율주행차, 우주 관측, 양자통신 등에 사용
우리 대학 전기및전자공학부 이정용 교수 연구팀이 콜로이드 양자점을 활용해 하나의 적외선 광자 흡수를 통하여 85배의 전자를 생성할 수 있는 아발란체 전자 증폭 기술*을 개발하여 기존 기술의 한계를 뛰어 넘는 감도를 달성했다고 8일 밝혔다.
*아발란체 전자 증폭: 기술 강한 전기장이 인가된 반도체에서 전자가 가속되어 인접 원자와 충돌을 통해 다수의 전자를 생성하는 신호 증폭 기술
화학적으로 합성된 반도체 나노입자인 콜로이드 양자점은 용액 기반 반도체로서 적외선 센서의 실용적인 후보로 주목 받고 있으며, 결정질 반도체와 다른 에너지 구조를 가져 열잡음 생성을 억제하는 장점이 있지만, 전하 이동도가 낮고, 양자점 표면에서 자주 발생하는 불완전 결합 때문에 전하의 재결합이 촉진되어 전하 추출이 저하되는 문제가 있었다.
연구진은 강한 전기장을 인가해 전자를 가속하여 운동에너지를 얻고, 인접 양자점에서 다수의 추가 전자들을 생성함으로써 상온에서 적외선을 조사 시 신호가 85배 증폭되고 1.4×1014 Jones 이상의 탐지 감도를 가지는 소자를 구현하였는데 이는 일반 야간 투시경보다 수만 배 정도 높은 감도를 보여준다.
적외선 광검출기는 자율주행차부터 양자컴퓨팅에 이르기까지 다양한 응용 분야에서 핵심적인 역할을 하지만, 기존 양자점 기반 기술은 민감도와 잡음 문제로 한계가 있었다.
이번 연구는 새로운 패러다임 전환을 불러올 기술이 될 것으로 기대되며, 양자 기술이 관련된 핵심 원천 기술을 선점함으로써 글로벌 양자 기술 시장을 대한민국이 주도할 수 있는 중요한 기술적 토대를 확보했다고 평가받고 있다.
제1 저자인 김병수 박사는 “양자점 아발란체 소자는 기존에 보고된 바 없는 신개념 연구 분야로서, 본 원천 기술을 통해 글로벌 자율주행차와 양자 컴퓨팅, 의료 영상 시장 등을 선도할 벤처 기업 육성을 주도할 수 있을 것”이라고 말했다.
KAIST 정보전자연구소 김병수 박사와 IMEC의 이상연 박사 및 한국세라믹기술원의 고현석 박사가 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 최상위 학술지 `네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)' 12월 18일 자 온라인판에 게재됐다. (논문명 : Ultrahigh-gain colloidal quantum dot infrared avalanche photodetectors DOI: https://doi.org/10.1038/s41565-024-01831-x)
한편 이번 연구는 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐으며, 주요 지원 사업으로는 나노및소재기술개발사업(경쟁형), 미래디스플레이 전략연구실사업, 개인기초연구사업 중견연구가 있다.
2025.01.08 조회수 8436 -
2025년 KAIST-MIT 양자 정보 겨울학교 개최
우리 대학이 2025년 1월 6일부터 1월 17일까지 ‘KAIST-MIT 양자 정보 겨울학교’를 대전 본원에서 개최한다.
2024년 1월에 이어 2회차로 진행되는 ‘KAIST-MIT 양자 정보 겨울학교’는 국내 이공계 학생들에게 양자에 대한 흥미를 유발하고 전문적인 양자 교육의 기회를 제공하고자 마련됐다.
우리 대학 대표 교수진과 더불어 세계적인 양자 기술 권위를 지닌 MIT 교수진 포함 총 8명이 양자 정보 과학에 대한 전 분야에 대한 교육과 현장 방문 프로그램을 제공한다.
이번 강의에는 핵자기공명(NMR), NV 큐비트, 센싱 전문가인 파올라 카펠라로(Paola Cappellaro), 윌리엄 올리버(William D. Oliver), 최순원(Soonwon Choi), 케빈 오브라이언(Kevin P. O’Brien) 교수 등 MIT 교수진과 라영식, 오창훈, 배준우, 최재윤 교수 등 KAIST 소속 양자 과학 전문 석학들이 함께한다.
동시에 양자 통신·센싱·컴퓨팅·시뮬레이터 등의 대표 분야 실험을 소개하고 현재 양자 기술의 기술적 한계와 대응 방안, 미래 비전 등을 배우는 과정을 운영한다.
또한 연구 현장인 한국표준과학연구원, 한국전자통신연구원을 직접 방문하는 프로그램을 진행하고, 참여 학생들의 양자이론과 실무에 대한 시야를 넓히는 기회를 제공한다.
김은성 양자대학원장은 “2025년 KAIST-MIT 겨울학교는 평소 양자 기술에 열정을 느끼고 배우고자 하는 이공계 학생들에게 새로운 경험을 제공할 것”이라고 전했다.
이어, “학생들이 우수한 교육을 통해 동기 부여되고 추후 미래를 선도하는 양자 과학의 핵심 인재로 성장하길 기대한다”라고 밝혔다.
본 행사에 참여를 희망하는 전국 대학의 3~4학년 학부생은 11월 22일(금)까지 포스터에 게시된 QR코드를 스캔하거나 구글폼(https://url.kr/3jfrz6)을 통해 신청할 수 있다. 양자대학원에서 서류평가를 통해 최종 약 40명 내외를 선발할 예정이다.
본 행사 참가비는 무료이고 우리 대학은 기숙사 및 중식 제공 등 교육 이수에 필요한 비용을 지원한다.
관련된 자세한 내용은 양자대학원 홈페이지(https://quantumschool.kaist.ac.kr/)에서 확인할 수 있다. 관련 문의는 양자대학원(☎042-350-8381, 8382)로 하면 된다.
2024.11.15 조회수 7354 -
양자대학원, 노벨물리학상 수상자 알랭 아스페 초청강연 20일(일), 21일(월) 개최
우리 대학 양자대학원 및 물리학과에서는 오는 20일(일)부터 이틀간 대전 KAIST 본원에서 2022년 노벨물리학상 수상자인 알랭 아스페(Alain Aspect) 초청 강연을 개최한다.
이번 초청 강연은 양자 기술에 관심이 있는 학생들에게 자신감과 도전 의식을 심어주고, 대중의 과학 흥미를 고취하고자 양자대학원 주관으로 마련됐다.
이날 알랭 에스파 교수는 ‘아인슈타인의 질문에서 양자 기술까지’를 주제로 양자역학의 핵심적인 개념과 양자 기술이 미래산업에 미치는 영향을 전한다.
20일(일) 강연은 대전 지역에서 중·고등학생 및 교사를 대상으로 KI빌딩 1층 퓨전홀에서, 이튿날인 21일(월)은 KAIST 전 구성원 대상으로 학술문화관 5층 정근모홀에서 진행한다.
알랭 아스페 교수는 양자 얽힘(Quantum entanglement)의 실재 여부에 대해 실험적 연구를 통해 증명한 공로로 2022년 노벨물리학상을 수상했다.
양자 얽힘이란 양자역학의 핵심 개념으로 서로 얽힌 두 양성자가 최초 상호반응을 하면, 이후 아무리 먼 거리에 있어도 상호반응을 유지한다는 이론이다. 이는 미래 슈퍼컴퓨터와 양자 암호 기술의 길을 열었다는 평을 받고 있다.
그는 현재 프랑스의 MIT라 불리는 에콜 폴리테크니크(École Polytechnique) 및 파리-사클레 대학교(Université Paris-Saclay)의 겸임교수로 재직 중이다.
김은성 KAIST 양자대학원장은“양자 기술은 미래 경쟁력의 핵심으로 기술 산업의 혁신과 변화를 주도하고 있다”라고 전했다. 이어, “이번 노벨물리학상 수상자 초청강연을 통해 물리학과 양자 연구에 대한 지식을 나누고 우수 인재 양성에도 최선을 다할 것”이라고 밝혔다.
현재 20일(일) 접수는 마감이며 21일(월) KAIST 구성원을 대상으로 한 강연은 당일 현장접수로 신청 및 참여가 가능하다.
우리 대학 양자대학원에서는 앞으로도 양자 과학기술에 대한 교육 및 강연을 적극적으로 개최하여 양자과학기술과 산업에 대한 인식 확산에 기여할 계획이다.
2024.10.17 조회수 5373 -
제49주년 개교기념식에서 ‘2019년 올해의 KAIST인 상’ 등 총 45명 교원 시상
지난 7월 30일 열린 개교 49주년 기념식 행사에서 우리 대학은 물리학과 심흥선 교수를 '2019년 올해의 KAIST인'으로 선정해 시상했다.
'올해의 KAIST인 상'은 한 해 동안 국내·외에서 KAIST 발전을 위해 노력하고 학술 및 연구 실적이 탁월한 인물에게 수여하는 상으로 지난 2001년에 처음 제정됐다.
19번째 수상의 영예를 거머쥔 심흥선 교수는 2019년 한 해 동안 네이처(Nature)지에 물리학 난제인 콘도 스핀 구름의 존재를 세계 최초로 입증하는 연구성과를, 네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)지에는 양자 기술의 핵심문제인 전자의 파동성 제어·관측을 위해 전자 파동의 피코초 진동 관측법을 발견하는 연구성과를 게재하는 등 KAIST의 위상을 크게 높였다는 평가를 받았다.
심흥선 교수는 "올해의 KAIST인 상을 수상하게 되어 영광이며, 이는 함께 연구하고 있는 학생들 덕분이며, 그들에게 고마움을 전한다. 자연에 대한 더 깊이 있는 이해를 얻기 위해 노력하겠다.”라고 소감을 밝혔다.
이 외에도 우리 대학은 교육, 학술, 연구, 국제협력 성과가 탁월하거나 KAIST의 위상에 크게 공헌한 총 32명의 교원에게 ‘개교기념 우수교원 포상 및 특별포상’을, 12명의 교원에게 '송암 미래 석학 우수연구상', '2019년 대표 연구성과 10선' 상 등을 수여했다.
주요 수상자는 다음과 같다.
학술대상을 수상한 기계공학과 김승우 교수는 현대 첨단 산업이 요구하는 초정밀 광학계측 기술의 선도적 개발을 주도했으며, 특히 첨단 광계측 기술 분야의 세계적 연구 결과를 창출하여 KAIST를 대표할 만한 탁월한 학술 연구업적을 낸 점을 높이 평가받았다.
창의강의대상을 수상한 전산학부 김주호 교수는 전산학에 인문학 지식을 결합한 CS+X 형태의 융합형 교과목을 개설해 사람을 위한 기술을 강조하는 등 학생 교육의 질적 향상에 크게 기여한 공로를 인정받았다.
우수강의대상을 수상한 경영공학부 윤여선 교수는 최근 5년간 강의평가 결과 상위 20위 내 진입 횟수가 10회에 이르는 등 탁월한 강의로 KAIST 학생 교육의 질적 향상 및 인재 양성에 기여한 점을 높이 평가받았다.
공적대상을 수상한 전기및전자공학부 김종환 교수는 세계 최초대회인 AI World Cup의 창시자로 2017년부터 매년 대회를 개최해 세계 각국의 연구자들에게 AI 기술력의 경쟁 무대를 제공하고, AI 기술을 대중화시키는 등 KAIST의 위상을 크게 제고한 것으로 평가받았다.
연구대상을 수상한 전기및전자공학부 심현철 교수는 최근 5년간 연구계약과 O/H 흡수실적, 지식재산권실적, Royalty 수입실적을 평가하는 연구상 부문에서 가장 높은 역량을 인정받았다.
사회봉사부문 우수교원 특별포상 대상을 수상한 전기및전자공학부 최성율 교수는 KAIST 소재·부품·장비 기술자문단 단장으로서 30여개 기업에 대한 자문을 통해 현장의 문제를 해결하는 등 국가의 위기극복과 미래혁신에 대한 성과를 인정받았다.
임형규 LINKGENESIS-Best Teacher Award 대상을 수상한 기계공학과 김성진 교수는 2012년부터 ‘연성 박막 초열전도체 개발’이라는 주제로 창의과제를 수행하는 등 창의적인 인재 양성에 크게 기여한 점을 높이 평가받았다.
이수영 교수학습혁신상 대상을 수상한 신소재공학과 홍승범 교수는 2017년부터 Flipped Learning 교과목의 설계 및 운영을 통해 창의적 수업방식을 실천하는 등의 탁월한 성과를 인정받았다.
2020.07.30 조회수 33172