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표준연 이터븀 광시계-국제우주정거장 원자시계 "10경분의 1초 싸움 스타트"

국제우주정거장 원자시계와 국내 이터븀 광시계 간 시간비교 프로젝트가 추진된다. 10경분의 1초 오차를 비교하게 될 것으로 예상됐다. 한국표준과학연구원(KRISS)과 한국천문연구원(KASI)은 오는 2030년께 시간 단위 '초(Second)'의 재정의에 기여할 목적으로 7일 'SLR 활용 초정밀 광시계 비교 융합연구 협력'을 위한 업무협약을 체결헀다. 이원규 KRISS 양자기술연구소 원자양자센싱그룹 책임연구원은 "이 협약을 계기로 국제우주정거장(ISS) 원자시계와 한국 이터븀 광시계를 정밀하게 비교하는 국제 공동 프로젝트에 본격 착수한다"고 말했다. 이 책임연구원은 "우리가 10의 -18제곱분의1초 오차(100경분의 1초)를 갖고 있지만, ISS 원자시계는 10의 -17제곱분의 1초 오차(10경분의 1초)여서 이 기준에 맞춰 우주와 지상 간 시간비교가 가능할 것"으로 내다봤다. 광시계는 현재 시간 단위인 '초'를 정의하는 세슘 원자시계보다 100배 이상 정밀하다. 정확성 때문에 차세대 시간 표준으로 주목받으며, 전 세계 광시계 성능을 비교·검증하는 작업이 '초'의 재정의를 위한 핵심 과제로 떠올랐다. 그러나 GPS 등 위성 기반 방식은 정밀도가 떨어지고, 광섬유망 방식은 대륙 간 연결이 어렵다는 물리적 한계로 그동안 전 세계 광시계 간 정밀 비교 연구에는 어려움이 있었다. 이를 해결하기 위해 유럽우주국(ESA)이 1997년 국제우주정거장(ISS)에 초정밀 원자시계 앙상블을 설치하는 '우주원자시계앙상블(ACES)'이라는 프로젝트를 시작했다. 설치 완료는 28년 만인 2025년 4월이다. ACES는 ISS에 탑재된 원자시계 시스템을 활용해 아인슈타인 상대성 이론을 검증하고 기초 물리 법칙을 정밀하게 시험하는 국제 우주 프로젝트다. 특히 기존 위성 방식보다 10배 정밀한 10의 -17제곱분의1초 오차를 갖고 있다. 이로 인해 기술적·지리적 제약을 넘어 전 세계 광시계 성능을 검증할 최적 대안으로 꼽힌다는 것. 이 앙상블과 시간 비교를 추진 중인 KRISS의 이터븀 광시계(KRISS-Yb1)는 지난 2021년 완성, 세계생성시에 참여했다. 20억 년에 1초 미만의 오차를 가지는, 세상에서 가장 정확한 시계다. 현재 KRISS를 비롯해 미국, 일본, 프랑스, 이탈리아만 보유한 차세대 표준시계다. KRISS는 ACES 미션 중 레이저 기반 시각 비교 방식인 ELT(유러피언 레이저 타이밍) 프로젝트에 참여한다. ELT는 유인우주선 ISS로 레이저를 발사해 시간을 측정한다. 이때문에 우주인 안전을 위해 ESA 승인 절차를 거쳐야 한다. 한국은 현재 독일에 이어 세계 두 번째로 ESA 승인을 획득하고, ACES-ELT 프로젝트에 합류했다. 한국과 독일은 ISS 관측 시간대가 엇갈리는 지리적 이점이 있다. 양 기관은 국제 공동 프로젝트 'ACES-ELT'에 참여하기 위해 지난해 KRISS '이터븀 광시계(KRISS-Yb1)'와 KASI '세종 인공위성 레이저추적 시스템(SLR)'을 전용 광섬유망으로 연결했다. 이원규 책임연구원은 "KRISS 정밀 시각 신호를 세종 SLR로 전달하고, 레이저에 실은 신호를 우주로 쏘아 올려 ISS 원자시계와 직접 비교하는 것이 가능해졌다"고 설명했다. 이번 양 기관 협약의 주요 내용은 ▲SLR·원자시계 등 양 기관 주요 연구장비의 공동 활용 ▲ACES-ELT 미션을 포함한 SLR 기반 광시계 비교 측정 공동연구 ▲연구 인력 교류 및 전문인력 양성 등이다. 이호성 KRISS 원장은 “그동안 기술적 한계로 어려웠던 광시계 성능 검증을 국제 공동 연구를 통해 수행할 수 있게 됐다”며, “2030년 예정된 '초'의 재정의에 주도적으로 기여할 기반을 마련할 것"이라고 밝혔다. 박장현 KASI 원장은 “국가 전략 인프라인 세종 SLR을 중심으로 두 출연연이 보유 기술을 활용, 융합 연구에 나선 것은 매우 뜻깊은 일”이라며, “국제 우주 미션에서 한국 과학기술의 위상을 높여 나가는 계기가 될 것"이라고 덧붙였다. 한편, KRISS는 'ACES-ELT' 프로젝트 참여와 더불어 차세대 이터븀 광시계인 'KRISS-Yb2'를 올해 내 선보일 계획이다. 또 예산 등 일부 어려움은 있지만, 산업계 등을 위한 이동형 광시계도 몇 년내 선보일 계획으로 연구를 진행중이다.

2026.05.07 15:00박희범 기자

중성원자 1천 큐비트 QC 개발 스타트…KRISS 주관 SDT·MIT 등 참여

양자표준기술 전문기업 SDT(대표 윤지원)가 '이터븀(Yb) 기반 1,000 큐비트 중성원자 QPU 플랫폼 개발' 국가 플래그십 과제에 합류한다고 22일 밝혔다. 이 과제 주관은 한국표준과학연구원(KRISS)이다. SDT는 LG전자, 우신기연과 함께 공동연구개발기관으로 참여한다. 미국 스탠포드대학교와 MIT도 국제 공동연구개발기관으로 참여한다. 연구 총괄 책임은 KRISS 문종철 박사가 맡았다. 문 박사는 최순원 MIT 교수, 최준희 미국 스탠퍼드대 교수, 그리고 SDT 윤지원 대표 모두 'MIT-하버드 초냉각 원자 센터(MIT-Harvard Center for Ultracold Atoms, CUA)' 출신이거나 소속 연구자다. CUA는 글로벌 양자 기업 '큐에라(QuEra)'를 탄생시킨 세계적 연구소다. 이 사업은 지난 10월부터 오는 2029년까지 4년 3개월 간 253억 원이 투입된다. 재공모를 통해 최종 컨소시엄이 결정됐다. 중성원자 플랫폼은 고신뢰도 양자게이트, 뛰어난 큐비트 규모 확장성 및 유연한 연결성 제어에서 강점이 있다. 최근 '큐에라 컴퓨팅(QuEra Computing)' 등을 필두로 글로벌 투자와 산업적 성장이 가속화되는 분야다. 이번 과제는 '이터븀(Yb)' 원자를 기반으로 한다. 이터븀은 단순한 스핀 구조와 긴 결맞음 시간 등으로 대규모 물리 큐비트 확보에 최적화된 원자로 평가받고 있다. 주관기관인 KRISS는 차세대 아키텍처와 제어 방법론을 포함한 독자적인 QPU를 개발하는 것이 목표다. SDT는 1,000 큐비트급 QPU 플랫폼의 핵심인 QPU 물리부 개발을 위해 두 가지 핵심적인 역할을 수행한다. 우선, QPU의 큐비트를 정밀하게 제어하기 위한 핵심 전자장비인 FPGA(프로그래머블반도체) 기반 고속 레이저 제어 시스템 개발 및 통합 제어 솔루션을 구축한다. 이와 함께 상용화에 최적화된 '모듈형 광학 시스템' 개발도 담당한다. SDT는 레이저 냉각, 원자 포획, 이미지 판독 등 주요 기능별 광학계를 소형화·모듈화해 설치와 관리가 용이하고 확장성이 뛰어난 상용화 기반 아키텍처를 마련할 계획이다. 이 플래그십이 마무리되면 국내 독자 기술로 개발된 1,000 큐비트급 이터븀(Yb) 기반 중성원자 QPU 플랫폼이 확보될 전망이다. 향후 복잡한 양자 문제 해결, 재료 시뮬레이션, 분자 모델링 등 다양한 분야에 활용될 수 있으며, 양자오류정정 및 논리큐비트 연구의 핵심 기반을 제공할 것으로 기대됐다. 윤지원 SDT 대표는 "이번 플래그십 과제는 양자 분야의 국내외 최고 '드림팀'과 함께 대한민국 양자컴퓨팅 기술의 산업화를 실현하는 핵심적인 첫걸음"이라며, "원천 연구를 넘어 상용화로 나아가는 이 중요한 시점에, SDT가 축적해 온 정밀 제어와 광학 모듈화 역량을 총결집해 1,000 큐비트 QPU 플랫폼의 성공적인 기반을 다지는 데 전력을 다할 것"이라고 밝혔다.

2025.12.22 15:09박희범 기자

20큐비트 양자컴퓨터·20억 년에 1초 틀리는 광시계 개발…KRISS 반세기 돌아보니

국내 첫 20큐비트 초전도 양자컴퓨터, 20억 년에 1차 틀리는 이터븀 광시계, 180톤 규모 힘표준기…한국표준과학연구원(표준연, KRISS)이 지난 50년 간 일궈낸 주요 성과다. 창립 50주년을 맞아 공개한 대표 성과다. 표준연은 이날 우수성과 10선을 공개했다. 표준연이 6일 창립 50주년을 맞아 산·학·연·관 관계자 200여 명이 참석한 가운데 그동안 개발한 우수성과 10선을 공개하며, 초대 기관장 흉상 제막식과 기념식을 개최했다. 행사에는 구혁채 과학기술정보통신부 제1차관, 김영식 국가과학기술연구회 이사장, 최성아 대전시 정무경제과학부시장, 김명자 한국과학기술원 이사장을 비롯한 이광형 KAIST 총장 등이 참석했다. 이날 공개한 눈에 띄는 주요 성과로는 ▲최근 주목받는 초전도 양자컴퓨터의 근간이 된 양자간섭소자 기반 심자도/뇌자도 측정시스템 ▲1.2×10 ⁻⁷ 불확도를 내는 kg 측정단위의 끝판왕 키블 저울 ▲정확도의 기준 물질이 되는 인증표준물질(CRM) ▲불확도 ±0.002% 1MN 실하중 힘표준기(17m높이 180톤 규모) ▲1m 정밀 광주파수표준기 ▲300만년에 1초 오차 세슘원자시계 및 20억 년에 1초 오차나는 이터븀 광시계 등이다. 이들 기술은 모두 대한민국 표준 단위의 근간을 만들었다. 이날 표준연은 기념식에 앞서 고 김재관 초대 소장 흉상 제막식을 본관 건물 로비에서 개최했다. 고 김 소장은 대한민국 제1호 유치과학자로 포항종합제철소 건립과 자동차 산업 육성을 추진했다. 이후 표준연 초대 소장을 맡아 '국가 표준제도'를 헌법에 명문화하는 등 우리나라 국가 표준체계의 초석을 다졌다. 지난 2023년에는 국가 산업화를 설계한 공로를 인정받아 '대한민국 과학기술유공자'로 선정됐다. 표준연은 지난 1975년 12월 24일 국가 표준 체계 확립을 목표로 설립됐다. 대덕으로 이주한 때는 1978년이다. 당시 1호 이전 연구소로 현 위치에 터를 잡았다. 전망이 내려다 보이는 대덕특구 내 명당으로 불리는 곳이다. 표준연은 설립 이래 헌법 제127조 제2항 '국가는 국가표준제도를 확립한다'를 근거로 모든 사람이 언제 어디서나 똑같이 사용할 수 있는 '측정의 기준'을 정하는 일을 주로 해왔다. 표준연 이호성 원장은 “KRISS가 측정 불모지에서 이룩한 반세기의 성과는 설립 초기 유치과학자들의 헌신과 구성원들의 끊임없는 노력이 만든 결과”라며 “앞으로의 50년은 대한민국을 넘어 세상의 기준을 만드는 글로벌 표준기관으로 자리매김할 것”이라고 말했다.

2025.11.06 14:20박희범 기자