[KOSEN PICK] 올해 노벨상 주인공은 '양자'…새로운 기술 시대 '활짝'
올해 노벨물리학상의 주인공은 양자역학이었습니다. 세계 최고 권위를 자랑하는 노벨상이 전 세계적으로 본격화되고 있는 '양자 시대'의 개막을 인정했다는 분석도 이어집니다.
스웨덴 왕립과학아카데미 노벨위원회는 최근 2022년 노벨물리학상에 알랭 아스페(Alain Aspect), 존 클라우저(John F. Clauser), 안톤 차일링거(Anton Zeilinger) 등 세 명을 선정했다고 밝혔습니다.
이들은 '얽힌 광자를 사용한 실험, 벨 부등식 위반 및 양자 정보 과학의 개척' 공로로 수상의 영예를 안았습니다. 양자 얽힘이란 두 개 입자가 강한 상관성을 가지며 아무리 멀리 떨어뜨려 놔도 한쪽이 반응할 때 다른 한쪽도 실시간 반응하는 현상을 말합니다. 왕립아카데미는 "처음으로 물리적인 시스템에서 얽힘이라는 상태가 존재한다는 사실을 실험적으로 증명해냈다"며 "그들의 연구 결과 양자 정보를 기반으로 하는 새로운 기술의 길이 열렸다"고 밝혔습니다. 이어 "형언하기 어려운 양자역학의 효과는 현재 다양한 응용 기술로 활용되고 있다"며 "양자 역학은 양자 컴퓨터와 양자네트워크, 양자 암호 통신 등 광범위한 연구 분야로 확장됐다"고 역설했습니다. 이번 물리학상 선정 결과에 대해 과학계에서는 '양자 시대'가 열렸다고 평가하고 있습니다. 향후 양자를 기반으로 한 다양한 기술과 서비스 등의 개발이 열릴 것으로 기대하게 합니다. 최신 연구 동향 보고서인 '코센리포트'에도 그동안 양자와 관련한 연구가 지속해서 올라오고 있습니다. 그동안 코센리포트에 소개된 양자 관련 연구를 살펴보며, 양자역학의 미래를 기대해 봅니다.
인공지능에서의 양자화
정태희 (Advanced Mircro Devices)
이 보고서는 딥러닝(Deep Learning) 모델의 양자화(quantization)를 이야기합니다. 양자화는 컴퓨터 프로그램에서 일반적으로 사용되는 부동소수점 32비트(bit)를 고정소수점 16비트 또는 정수 8비트와 같은 상대적으로 낮은 정밀로 대체하는 것입니다.
작성자는 인공지능, 특히 딥러닝 모델에서의 양자화는 딥러닝 모델을 더 빠르고 더 낮은 메모리 요구사항으로 실행할 수 있는 저렴하고 쉬운 방법이라고 주장합니다. 이러한 양자화를 통해서 연산에 따른 파워 소모를 비롯해 밴드 위들(bandwith), 모델의 저장용량 등을 낮추고, 모델의 수행 속도는 높일 수 있다고 합니다.
정태희 연구자는 "딥러닝의 양자화는 정보 압축에 기초를 두고 있으며 딥러닝에서의 양자화는 가중치 및 활성화된 변숫값의 수치적 정밀도를 줄이는 것을 의미한다"며 "이 보고서는 딥러닝에서 양자화의 기초 원리에 관해 설명하고 각 기술이 실제로 어떻게 실행되는지 구체적인 예를 가지고 살펴본다"고 밝혔습니다.
○ 보고서 원문 바로가기 https://kosen.kr/info/kosen/REPORT_0000000002194
양자점 디스플레이 기술 및 산업 동향
성진욱 (가천대학교)
양자점은 1970년대 벨 연구소에서 처음으로 발견된 물질입니다. 나노 규모의 반도체 결정으로 외부에 전기를 인가하면 발광하는 OLED와 구조가 유사합니다. 또 형광과 발광 물질을 사용하고 양자점 치수가 작으면 파장이 짧아져 파란색을 나타내고 파장이 길어져 빨간색을 구현할 수 있어 디스플레이에 응용할 수 있습니다. 이 보고서는 양자점 디스플레이가 TV는 물론 PC, 모니터, 태블릿 분야로 확장돼 활용될 수 있다고 이야기합니다. 양자점 디스플레이의 사업구조는 양자점 소재, 광학 필름, 디스플레이 패널로 구성돼 있습니다. 성진욱 연구자는 "양자점 디스플레이는 수요 포화 상태인 디스플레이 업계에 새로운 수요 창출을 기대할 수 있다"며 "기존 OLED, LCD의 시설 인프라를 활용하고 소재 제조의 경우 소규모의 시설 양산 비용이 소요됩니다. 이런 기술적 이슈를 해결한다면 향후 디스플레이 시장에서 높은 성장세를 전망할 수 있다"고 말했습니다.
○ 보고서 원문 바로가기 https://kosen.kr/info/kosen/REPORT_0000000001864
양자스핀액체 모형의 기술 동향
이동진 (인하대학교)
양자스핀액체는 1973년 처음으로 개념이 제안된 이후 양자통신, 양자컴퓨팅에 잠재력이 큰 것으로 알려져 집중적으로 연구되고 있습니다. 하지만 실험적 검증은 과제로 남아있는 상태입니다.
이 보고서는 양자스핀액체 기술의 발전 현황과 연구 동향, 앞으로의 과제 등을 담고 있습니다.
이동진 연구자는 "이상적인 양자스핀액체 후보 물질은 큰 자기 교환 상호작용 및 작은 무질서를 하고 있어 최소한의 추가 상호작용이 이어야 한다고 말했습니다. 더욱이 키타예프 양자스핀액체를 형성하는 데 필요한 이방성 결합 종속 키타예프 상효작용을 갖는 SOC-assisted 모트 절연체로의 재료 확장도 고려해볼 수 있다"며 "양자스핀액체를 실험적으로 식별하는 것은 큰 도전 과제"라고 밝혔습니다.
○ 보고서 원문 바로가기 https://kosen.kr/info/kosen/REPORT_0000000001784
상용 양자컴퓨터 현황
김나영 (University of Waterloo)
양자컴퓨터는 양자역학의 기본 원리로 작용하는 기계로, 양자 얽힘(entanglement) 현상과 중첩(superposition) 현상을 이용하면 많은 양의 정보를 감당할 수 있어 현재 클래식 컴퓨터의 성능을 초월할 것으로 기대하고 있습니다.
이 보고서는 양자컴퓨터의 하드웨어와 소프트웨어로 나누어 각각의 특성을 설명하고, 양자컴퓨터 개발 기업 등 현재 상용 양자컴퓨터의 현황을 소개하고 있습니다.
김나영 연구자는 "차세대 컴퓨팅 패러다임으로 주목받고 있는 양자컴퓨팅의 상용화 부분에 초점을 맞추어, 대기업들과 현재 설립된 주목할 만한 스타트업 회사들의 현재 위상을 조사했다"고 말했습니다.
○ 보고서 원문 바로가기 https://kosen.kr/info/kosen/REPORT_0000000001722
양자점 태양전지 기술과 최근 연구 동향
전영호 (서울시 난지물재생센터)
양자점 태양전지는 양자점이 입자 크기에 따라 다양한 파장의 태양광, 특히 적외선 영역의 빛 흡수가 가능하며, 다중 엑시톤 방출을 통해 핫 전자 추출이 가능하고 용액상에서 저렴하게 합성할 수 있다는 장점이 있어 차세대 태양전지로 주목을 받고 있습니다.
이 보고서는 쇼트키 양자점 태양전지, 공핍 이종접합 양자점 태양전지, 하이브리드 고분자 양자점 태양전지, 양자점 감응 태양전지 등 각각의 특성에 관해 설명하고 있습니다.
전영호 연구자는 "양자점 태양전지의 장점이 많이 알려졌지만, 아직 작은 면적에서만 제한적인 에너지 효율이 확인되고, 양자점 물질의 납 등 독성 중금속 원소를 사용하기 때문에 환경적인 문제를 일으킬 수 있다"며 "이런 단점에 대한 대안 보완 및 성능 개선 등을 위해 폭넓고 다양한 연구가 활발히 이뤄지길 기대한다"고 말했습니다.
○ 보고서 원문 바로가기 https://kosen.kr/info/kosen/REPORT_0000000001590