국내 과학자들이 차세대 컴퓨터나 암호통신을 중심으로 쓰임새가 주목받는 양자기술을 잠수함의 위치 보정을 위한 ‘양자중력계’ 개발, 초정밀 현미경 등에 적용하는 연구를 진행한다. 특히 한국이 추진 중인 핵추진잠수함(핵잠수함) 건조가 현실화하고 양자중력계가 적용되면 오랜 시간 해저 작전 수행을 할 수 있어 국방 안보에도 큰 도움이 될 것으로 기대된다. 20일 과학계에 따르면 한국표준과학연구원 원자양자센싱그룹은 2032년 실제 잠수함에 탑재 가능한 수준의 시제품 구현을 목표로 양자중력계 개발을 진행 중이다. 이미 실험실 수준에서는 세계 최고 수준의 감도를 확보했다. 한국전자통신연구원(ETRI)은 광학현미경보다 높은 해상도를 구현하는 ‘양자현미경’ 실용화를 위한 연구를 진행 중이다. ● 미국도 주목하는 전략기술 ‘양자중력계’ 세슘(Cs) 원자와 원자 분수 방식을 적용한 한국표준과학연구원의 양자중력계. 표준연 제공 양자중력계가 잠수함에 적용되면 위성신호 없이 이른바 ‘중력지도’만으로 위치와 항로를 찾을 수 있다. 대전 한국표준과학연구원 본원에서 만난 권택용 표준연 원자양자센싱그룹장은 “잠수함이 수면 위로 나와야 하는 이유는 크게 연료 공급과 위치 보정”이라며 “연료 문제가 해결된 핵잠수함에 양자중력계까지 탑재되면 굉장히 오랜 시간 해저에서 작전을 수행할 수 있다”고 설명했다 릴게임골드몽 . 올해 6월 미국 도널드 트럼프 대통령은 5년 안에 양자기술을 응용해 위성위치확인시스템(GPS) 등을 대체할 양자센서를 배치하도록 관계 부처에 지시했다. 전시에는 위성신호가 교란될 수 있어 위성에 의존하지 않는 센서나 통신 기술이 중요 전략기술로 꼽힌다. 특히 잠수함이 다니는 해저에서는 위성신호를 받는 것이 불가능해 해저에서 항행하는 동안 가속도계 등을 이용한 관성항법시스템을 활용한다. 잠수함의 속도와 이동 방향을 계산해 처음 기준 위치에서 얼마나 멀어졌는지 계산하는 방식이다. 문제는 관성항법 계산에서 발생하는 작은 오차가 이동을 반복하며 누적된다는 .이다. 권 그룹장은 “관성항법 계산에서 쌓인 오차 때문에 수면 위로 올라와야 하는 상황이 생긴다”며 “양자중력계는 잠수함이나 함정에서 중력을 측정하고 지구의 중력 분포도와 비교해 절대적인 위치 정보를 확보할 수 있는 기술”이라고 설명했다. 양자중력계는 원자의 양자역학적 성질을 이용해 중력을 정밀 측정한다. 레이저로 극저온 냉각한 원자를 아래로 떨어뜨릴 때 원자의 파동을 두 경로로 나눴다가 다시 합치면 두 원자파의 이동거리 차이에 따른 간섭 신호가 발생한다 바다이야기 가상 계좌 . 간섭 신호는 중력가속도에 따라 달라지기 때문에 측정된 신호에서 역산하면 중력을 구할 수 있다. 절대중력을 측정하는 기존 중력계는 진공에서 프리즘 같은 물체를 떨어뜨리고 시간에 따른 위치 변화를 레이저로 측정한다. 낙하 시 충격이 발생하고 구동부가 마모되기 때문에 반복 계산과 정확도 확보에 한계가 있다. 양자중력계는 원자를 반복적으로 포획·낙하시키면서 상시 측정이 가능하다. 표준연 연구팀이 제작한 중력계는 초당 약 2회 수준으로 측정 가능하고 실제로 2년 이상 연속 작동 중이다. 권 그룹장은 “현재 지구 중력의 약 10억분의 1 수준의 미세한 변화를 감지할 수 있다”며 “연구원 건물 앞에 쌓여 있던 건축용 벽돌들이 일으킨 중력 변화까지도 파악한다”고 설명했다. 가장 최근 제작한 양자중력계에는 기존 루비듐(Rb) 원자 대신 세슘(Cs) 원자를 사용하며 원자를 자유낙하시키는 대신 위로 쏘았다가 떨어뜨려 측정 정밀도를 향상하는 ‘원자 분수’ 방식이 적용됐다. 양자중력계는 국가 안보와 직결되는 기술인 만큼 해외에서 들여오기 어렵다. 권 그룹장은 “미래에 양자중력계가 충분히 소형화되면 드론에 탑재해 지하 벙커 같은 구조물까지 파악할 수도 있을 것”이라고 말했다. 국내 과학자들이 지난 30여 년간 갈고닦아 온 원자시계 기술이 양자중력계 개발 사업의 밑거름이 됐다 모바일손오공릴게임 . 양자중력계는 국방 외에 중력상수 측정과 중력파 검출 등 기초과학 분야, 지하 밀도 변화에 따른 자원 탐사나 마그마 이동 감시, 싱크홀·지하 공동 탐지 등에도 활용될 수 있다. ● 빛 적게 쓰고 더 선명한 양자현미경 ETRI 연구진은 적은 빛으로도 기존 광학현미경보다 높은 해상도와 감도를 구현하는 ‘양자현미경’ 실용화를 위한 고속화·소형화 연구를 수행하고 있다. 광학현미경은 빛의 회절 때문에 관찰 가능한 크기에 한계가 분명하다. 이를 보완하는 초분해능 현미경은 빛의 양이 많거나, 사전 표지 작업이 필요해 살아 있는 세포처럼 민감한 생체 시료 촬영에 제약이 있다. 양자현미경은 두 광자를 하나의 묶음처럼 이용해서 마치 더 짧은 파장의 빛을 사용한 것과 같은 효과를 내 물리적인 한계를 극복하고 공간분해능을 높인다. 시료를 절단·가공하지 않고 고해상도 이미지를 얻는 것이 특징이다. ETRI는 장비의 활용성 측면에서 다른 경쟁 그룹과 차별화된다. 고영호 ETRI 양자센서연구실장은 “넓은 실험 테이블 위에 설치해야 하는 광학계를 약 30cm 규모의 모듈형 시제품으로 구현했다”고 말했다. 현재 과제는 분해능을 유지하면서 측정 속도를 향상하는 것이다. 고 실장은 “독자적인 고속화 기술을 적용한 1차 모듈을 2027년 말까지 구현하고 이후 약 2년 동안 실제 연구실에서 활용할 수 있는 수준으로 성능을 끌어올릴 예정”이라고 말했다. 다. 문제는 관성항