자율주행‧반도체‧드론 등 분야 적용 기대
광주과학기술원(GIST‧총장 김기선)은 함병승 GIST 전기전자컴퓨터공학부 교수가 레이저만으로도 고전적 굴절 한계의 100배 이상 해상도 확보가 가능한 새로운 양자센싱의 핵심원리를 발견했다고 3일 밝혔다.
양자는 물리학에서 더 이상 쪼갤 수 없는 물리적 독립체의 최소 단위다. 양자센싱은 양자 상태의 초미세 변화를 감지, 미세한 크기의 양자를 검출‧측정해 광자‧자기장‧중력 등 물리량 센싱 분야에서 고전센서의 한계를 극복할 수 있는 초고감도‧초고분해능 구현 기술이다.
GIST에 따르면 함병승 교수는 기존의 양자센싱 기술을 전면 대체할 수 있는 양자센싱 핵심원리를 규명함으로써 양자센서를 활용한 자율주행과 반도체, 드론, 의료용 바이오 이미징 및 미세 감지 기술 등 다양한 분야 발전에 기여할 전망이다.
함 교수는 고전센서와 호환되는 새로운 개념의 ‘결맞음 드브로이파(파동적 해석)’ 발생 원리를 발견했다. 결맞음은 간섭의 핵심원리로 파동중첩에 있어 파장과 위상이 같다는 것을 의미한다. 기존 양자센싱에서 필수적인 양자얽힘쌍에 기초한 광자 드브로이파(입자적 해석)를 전면 대체할 수 있다는 설명이다.
기존 광자 드브로이파의 경우 양자센서가 고전센서보다 기술적 우위를 차지할 수 있는 최소 양자 얽힘광자쌍의 수가 100개는 있어야 하는데 현재까지 확보 가능한 고차원 양자얽힘 광자쌍은 18개에 불과하다. 즉 양자센싱 우월성을 충족하기 위한 100개에는 턱없이 부족해 양자센서 구현이 현실적으로 어려운 상황이다.
반면 결맞음 드브로이파는 기존 양자센싱의 양자얽힘 광자쌍을 완전히 배제하고 단순히 고전적 레이저만을 사용해 양자센싱 우월성을 달성할 수 있는 차세대 양자 측정기술의 핵심원리를 제공한다.
이번 연구는 GIST GRI 연구개발사업의 지원으로 수행됐다. 연구 결과는 네이처(Nature) 자매지인 사이언티픽 리포츠(Scientific Reports)에 지난달 30일 온라인 게재됐다.
함병승 교수는 “이번 연구 성과는 기존 양자센싱 분야에 있어 양자얽힘 광자쌍을 완전히 배제하고 단순히 고전적 레이저만을 사용해 양자센싱 우월성을 달성할 차세대 양자 측정기술의 핵심원리를 제공했다는 데 가장 큰 의의가 있다”고 강조했다. 이어 “기존 미시세계에 국한된 양자물리학을 거시세계로 확장하는 데 새로운 실마리를 제공할 것”이라며 기대감을 드러냈다.
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