[물리] 상온에서도 작동하는 양자컴퓨터 가능성 찾았다

한국원자력연구원, 새 양자 소재 후보물질 확인

한국원자력연구원 첨단양자소재연구실 김재욱 박사가 고품질의 TbInO3 단결정을 합성하기 위해 사용되는 레이저 부유 용융로를 점검하고 있다. 한국원자력연구원 제공

한국원자력연구원 연구진이 포함된 국제공동연구팀이 상온에서도 대규모 양자 얽힘 현상을 구현할 수 있는 양자 소재 후보 물질을 확인했다.

한국원자력연구원은 김재욱 첨단양자소재연구실 선임연구원 연구팀이 터븀인듐산화물(TbInO3)이 양자컴퓨터 소자 등에 쓰일 수 있는 양자스핀액상(QSL) 물질이 될 수 있음을 실험적으로 증명했다고 23일 밝혔다. 연국 결과는 국제학술지 ‘네이처 피직스’에 17일 게재됐다.

양자컴퓨터는 양자역학의 고유 특성인 중첩과 얽힘을 이용해 한 번에 많은 정보를 동시에 처리할 수 있다. 특정 문제에 대해 기존의 슈퍼컴퓨터보다도 수 백만 배 이상 빠르게 풀 수 있어 양자 기술이 미래 산업의 판도를 바꿀 게임 체인저 기술로 주목받는다.

하지만 양자역학적 중첩과 얽힘 현상은 구현이 어렵다. 온도 변화, 불순물, 외부 전자기장 등 미세한 자극에도 다양한 오류가 발생한다. 취약한 양자 상태를 안정적으로 만들려면 절대영도(-273.15도)에 가까운 극저온 환경을 구현해야하는 등 까다로운 조건들이 필요하다.

QSL은 양자 오류를 해결할 수 있는 후보 소재 중 하나다. QSL은 새로운 자기 상태의 물질로 양자 요동에 의한 대규모 양자 얽힘이 가능하다. 양자 오류를 대폭 줄인 양자컴퓨터 구현에 필요한 강력한 후보 소재로 여겨진다.

이제까지 수 많은 QSL 후보 물질에 대한 검증이 이뤄졌지만 불순물, 무질서한 물질 구성 등으로 인해 광학전도도-주파수 제곱 비례 현상을 실험적으로 확인할 수 없었다.

연구팀은 QSL 후보 물질 중 하나인 터븀인듐산화물(TbInO3) 단결정에서 이를 실험적으로 확인하는 데 최초로 성공했다. 레이저로 녹여 구조가 고른 단결정을 제조하는 레이저 부유 용융로를 사용해 고품질의 TbInO3 단결정을 합성했다. 이후 테라헤르츠(THz) 전자기파를 물질에 쪼여 광학전도도를 측정하는 분광실험을 수행했다.

실험은 극저온에서 상온에 이르는 넓은 온도 범위와 다양한 자기장, 주파수 대역에서 진행됐다. 특히 실험에 방해가 되는 빛의 내부 반사 효과를 줄이기 위해 시료 두께를 정밀히 제어했다.

그 결과 특정 영역에서 광학전도도가 정확히 주파수 제곱에 비례함을 실험적으로 입증됐다. 영상 27도 수준의 실온에서도 광학전도도 비례 현상이 나타났다. TbInO3가 상온에서도 QSL 특성을 구현할 수 있음을 실제 확인한 최초 사례다. 연구팀은 이번 연구 결과를 바탕으로 TbInO3이 무오류 양자컴퓨터의 소자로 응용할 수 있는지 등을 더 연구할 계획이다.

연구를 이끈 김재욱 선임연구원은 “이번 연구 결과는 양자스핀액상 물질의 오래된 이론적 예측을 실험적으로 검증한 첫 사례”라며 “향후 양자컴퓨팅 및 양자 센서 소자의 설계에 큰 도움이 될 것”이라고 말했다.

스피논 준입자와 외부 전자기파의 상호작용 모식도(위) 및 TbInO3 물질의 삼각 격자 구조(아래). 한국원자력연구원 제공

박정연 기자 hesse@donga.com

[출처] https://n.news.naver.com/article/584/0000024034?ntype=RANKING

[천체물리 – 우주(과학)] 50년 전에도 갔던 달… 지금은 왜 줄줄이 착륙 실패할까

 

달의 남극으로 향하던 러시아 무인 탐사선 ‘루나 25호’가 착륙 이틀 전 궤도를 이탈해 달 표면에 충돌했다. 소련 시절 인류 최초로 우주 비행에 성공하며 우주 탐사 선봉에 섰던 러시아가 지난 2019년 중국이 성공한 달 착륙에 실패한 것이다. 루나 25호는 달 남극 보구슬라우스키 크레이터 북쪽에 착륙해 1년간 달 내부 구조와 자원 탐사 임무를 수행할 계획이었다. 로이터통신은 21일(현지 시각) “이번 실패는 냉전 시대 이후 러시아의 우주 기술이 쇠퇴했다는 것을 잘 보여준다”고 보도했다.

달 탐사에서 가장 어려운 기술은 지구에서 로켓을 발사하는 과정과 달에 착륙하는 순간이 꼽힌다. 우주 발사체 기술에 많은 투자가 이어지며 발사 성공률은 높아졌지만 달 착륙은 기술적 장벽이 낮아지지 않고 있다. 지난 4년 동안 달 탐사에 나선 이스라엘과 일본, 인도는 모두 발사 후 달 궤도에 오르는 데 성공했지만 착륙에 실패했다. 인도가 지난 8월 발사한 ‘찬드라얀 3호’는 23일 달 남극 착륙에 재도전한다.

◇관건은 ‘달 표면 연착륙’

과거 미국 아폴로 착륙선들은 모두 평지가 많은 ‘달의 앞면’에 착륙했다. 우주 탐사 경쟁을 벌이던 소련보다 먼저 달 표면에 사람을 보내는 게 시급했기 때문에 상대적으로 탐사선 접근이 쉬운 지역을 고른 것이다. 하지만 50여 년 만에 달 탐사를 재개하면서 세계 각국은 탐사 난도가 높은 달의 뒷면과 남극을 향하고 있다. 자원 채굴 등 경제적 가치가 높기 때문이다.

최근 탐사가 이어지고 있는 ‘달의 뒷면’은 표면이 울퉁불퉁할뿐더러 태양빛이 닿지 않는 ‘영구 음영 지역’이 존재해 착륙 공간을 확보하기 쉽지 않다. 특히 달의 남극은 아직 인류가 한 번도 가보지 못한 미지의 영역이다. 달의 남극은 크레이터(분화구)가 많아, 달에서도 가장 험준한 곳이다.

달의 남극은 달에서 가장 탐사선이 착륙하기 까다로운 지역이다. 운석이 달 표면에 수시로 충돌하며 생긴 미세 먼지 탓에 시야 확보가 어렵다. 달에는 공기저항이 없어 착륙 속도를 제대로 조정하지 않으면 자유낙하로 인해 달 표면과 충돌하게 된다. 이 때문에 달 지표를 향해 레이저를 쏜 뒤 반사돼 돌아오는 시간으로 고도를 계산해야 한다. 하지만 이 ‘레이저 고도계’ 방식은 미국, 유럽 등 우주 선진국에서도 아직 개발이 끝나지 않은 초기 단계에 있다. 일각에선 “미국도 달 남극에 무사히 착륙하기는 쉽지 않을 것”이라는 말이 나온다. 지난 4월 달 착륙을 시도했던 일본 탐사선도 고도 계산 오류로 추락했다.

남극으로 들어가는 탐사선은 지구와의 거리 때문에 통신 지연이 발생해 실시간 조종도 불가능하다. 특히 달의 남극은 지구와의 직접 교신이 불가능하고, 궤도선 등을 활용한 중계통신만 가능해 통신이 더 지연된다. 속도를 늦췄다 해도 끝이 아니다. 달 표면 가까이에서 역추진하면 정전기를 발생시키는 월면토에 뒤덮일 수 있기 때문에 고도 5m 정도에서 엔진을 끈 뒤 떨어지듯 착륙해야 한다. 정전기는 착륙선 하드웨어 고장의 원인이 된다.

천이진 한국항공우주연구원 위성우주탐사체계설계부장은 “지구에서 스페이스X의 재사용 로켓을 회수하는 과정은 착륙 지점에 정확한 신호를 줄 수 있기 때문에 정확한 고도나 속도 계산이 가능하다”면서 “반면 달에는 착륙 가이드 장치가 없어 지구보다 몇 배나 어렵다”고 했다.

◇우주 기술 쇠퇴한 러시아

1966년 인류 최초로 무인 달 착륙에 성공했던 러시아가 57년이 지난 뒤 실패한 것은 러시아의 우주 기술이 후퇴했다는 의미이기도 하다. 냉전 시대가 끝난 뒤 러시아는 달 같은 천체 탐사 대신 당장 사용할 수 있는 위성 발사나 우주정거장 등에 투자해왔다. 최근 우주개발 경쟁이 치열해지며 달 탐사에 다시 뛰어들었지만 그동안의 공백을 메우기에는 역부족이라는 것이다. 우주 업계 관계자는 “과거의 우주 개발은 기록보다는 과학자 자체가 노하우였다”면서 “시간이 흐르면서 달탐사에 경험이 있는 과학자들이 사라진 것도 러시아 경쟁력 약화의 원인”이라고 했다.

[출처] https://www.chosun.com/economy/science/2023/08/22/VRVHBZXNLVESHH7XKHME3PSULM/

[사회과학] 신문협회 “50년치 뉴스로 AI 언어 학습, 네이버 등이 저작권 침해”

한국신문협회는 22일 ‘생성형 인공지능(AI)의 뉴스 저작권 침해 방지를 위한 신문협회 입장’을 내고 “정당한 권원(어떤 행위를 정당화하는 법률적인 근거) 없이 뉴스 콘텐츠를 AI 학습에 이용하는 것은 언론사가 뉴스 콘텐츠에 대해 갖는 저작권 및 데이터베이스(DB) 제작자로서의 권리를 침해하는 것”이라고 밝혔다.

신문협회는 이날 입장문 발표와 함께 네이버·카카오·구글·MS 등 국내외 대형 IT(Information Technology·정보기술)업체들에 대해 ①뉴스 저작권자와 이용기준 협의 ②‘글로벌 AI 원칙’ 준용 공표 ③생성형 AI 학습 데이터의 출처 등 공개 ④뉴스 콘텐츠 이용 방식 구체적으로 명시 ⑤뉴스 저작물에 대한 적정한 대가 산정 기준 마련 등 5대 요구사항을 전달했다.

네이버가 오는 24일 초거대 AI ‘하이퍼클로바X’ 오픈을 예고하는 등 언어학습에 기반한 각종 AI 서비스의 확대를 앞두고 있는 가운데, 이들 기업을 상대로 뉴스 저작권에 대한 입장을 표명한 것이다. 예컨대 하이퍼클로바X는 뉴스 50년 치, 블로그 9년 치에 달하는 한국어 데이터를 학습했으나, 저작권자들의 허락을 받지 않은 채 뉴스 콘텐츠를 AI 학습에 이용했다는 지적을 받아왔다.

신문협회는 이날 입장문에서 “생성형 AI는 뉴스 콘텐츠로 학습해 결과물을 생성해내면서도 언론사로부터 이용 허락을 받지 않은 채 사용하고 있으며, 뉴스 콘텐츠를 이용해 생성한다는 인용 표기도 이뤄지지 않고 있다”며 “생성형 AI를 학습시키기 위해서는 뉴스 콘텐츠의 저작권자인 언론사로부터 이용 허락을 받아야 침해 행위를 벗어날 수 있다”고 지적했다. 신문협회는 “이들 업체는 생성형 AI 개발을 위한 뉴스 콘텐츠 이용에 대해 저작권법상 ‘저작물의 공정한 이용(제35조의5)’에 해당돼 저작권 침해가 아니라는 주장을 하고 있지만, 이는 공정 이용에 해당하지 않는다”며 “AI 기업이 뉴스 콘텐츠를 학습 데이터로 이용하기 위해선 언론사로부터 이용 허락을 받는 것은 물론, 사용료를 지급해야 할 것”이라고 밝혔다.

신문협회는 하이퍼클로바X와 관련, “네이버는 기사를 ‘연구’에 활용할 때는 언론사 동의를 받지 않도록 한 옛 약관을 적용해 제휴 언론사들의 기사 50년치를 AI 학습에 활용했다”며 “이는 명백한 불공정 행위”라고 지적했다. 신문협회는 “이미 AI 모델을 활용해 수익이 발생하는 상황에서 이들 기업은 손해배상을 하거나, 뉴스 콘텐츠를 활용한 것에 대해 보상을 해야 할 것”이라고 했다.

신문협회는 “향후 AI 기술 발전 등 디지털 미디어 시대에 맞는 저작권 보호 기반을 마련하기 위해 제도 개선이 필요하다”며 “뉴스 콘텐츠를 무단으로DB화 하는 것을 방지하는 등 급변하는 디지털 환경에서 뉴스 저작권 보호가 긴요하다”고 말했다.

[출처] https://www.chosun.com/culture-life/broadcast-media/2023/08/22/PY6AHWKEUNGNRBCU4JF6A2EXGE/

[천체물리 – 우주(과학)] 47년만의 도전 실패…러 달탐사선 루나25호 달에 추락·파괴

(서울=연합뉴스) 황철환 기자 = 달의 남극을 조사하기 위해 러시아가 발사한 무인 달 탐사선 ‘루나 25호'(루나-25)가 달 표면에 추락했다고 러시아 연방우주공사(로스코스모스)가 20일(현지시간) 밝혔다.

로이터 통신에 따르면 로스코스모스는 루나-25가 궤도를 이탈해 추락해 파괴됐다고 설명했다.

앞서 로스코스모스는 달 착륙을 이틀 남긴 상황에서 루나-25에 이상이 발생했다면서 “궤도 진입 명령을 내렸으나 작업 중 탐사선에 비상 상황이 발생해 정해진 조건대로 기동하지 못했다”고 전날 밝힌 바 있다.

지난 11일 오전 극동 아무르주의 보스토치니 우주기지에서 발사된 루나-25는 당초 21일 달 남극 표면의 보구슬라우스키 분화구 북쪽에 착륙해 1년간 달 내부 구조 연구와 물을 포함한 자원 탐사 등 임무를 수행할 예정이었다.

러시아가 달 탐사를 시도한 것은 옛 소련 시절인 지난 1976년 이후 47년 만이다.

한편, 사흘 뒤인 23일에는 지난달 14일 인도가 발사한 무인 탐사선 ‘찬드라얀 3호’도 달 남극 지역 착륙을 시도할 예정이다.

hwangch@yna.co.kr

[출처] https://www.yna.co.kr/view/AKR20230820043851009?input=1195m

[알아봅시다][보도자료 작성법]  누구나 쉽게 보도자료를 쓸 수 있습니다.

보도자료(press release)는 새로운 소식을 세상에 알리기 위한 목적으로 작성한 공식 발표문입니다.

보도자료는 기업 홍보의 필수적인 수단입니다. 매일 많은 기업, 정부기관, 단체가 보도자료를 작성해 기자에게 배포하고 보도자료 배포 플랫폼인 뉴스와이어와 회사 웹사이트에 게재하고 있습니다.

언론 홍보 경험이 없는 중소기업은 보도자료 작성과 배포를 어려운 일로 생각합니다. 그러나 교육과 꾸준한 훈련을 통해 누구나 보도자료를 작성할 수 있습니다.

뉴스와이어 보도자료 서비스를 선택하고 보도자료를 등록하면 담당 기자와 언론에 타겟 배포해 기사화됩니다.

[출처] https://www.newswire.co.kr/?ed=4

[행복한 책읽기 – 밑줄친 문장] 역사 사실에 충실한 ‘몽테 크리스토 백작’ 암굴왕

복수극의 정석…나폴레옹 몰락에서 왕정복고, 루이 필리프까지 배경

알렉상드르 뒤마의 걸작 ‘몽테 크리스토 백작’(Le Comte de Monte-Cristo)은 복수극의 정석이다. 독자들은 억울한 감옥살이 14년 끝에 얻은 횡재로 철저하게 복수를 하고 보상을 하는 주인공에 대리만족을 느낀다. 복수극은 대중을 사로잡는다. 그래서 200년 가까이 지나도록 이 소설은 스테디셀러의 자리를 유지하고 있다. 마취제가 없던 시절에 외과 의사가 뒤마의 소설을 읽고 치료를 받으라고 했다는 얘기도 전해진다.

스토리의 역사적 배경도 탄탄하다. 뒤마는 말년에 프랑스사를 쓸 정도로 역사 공부를 많이 했고, 소설에도 역사적 배경을 중시했다.

‘몽테 크리스토 백작’의 시대적 배경은 나폴레옹 몰락에서 부르봉 왕정복고, 7월 혁명, 루이 필리프 시민왕 시기로 이어지는 격변기였다. 소설은 1844~46년에 출간되었는데, 왕정이 제2공화국 출범 직전의 시기였고, 브르봉 왕가와 오를레앙 가의 치열한 대립, 앙시앙레짐의 부패가 노정되던 때였다. 나폴레옹 1세를 추앙하는 보나파르트당이 루이 나폴레옹(3세)을 앞세워 제정을 시도하려고 획책하는 시기이기도 하다.

소설의 시작은 나폴레옹이 엘바섬에서 돌아오기 직전인 1815년, 주인공 에드몽 당테스가 나폴레옹과 연계되어 있다는 누명을 쓰고 마르세유 앞바다 디프 섬의 감옥에 갇히면서 시작된다. 14년간 감옥살이를 하면서 당테스는 우연히 만난 늙은 죄수 파리아 신부로부터 몽테 크리스토 섬에 숨겨진 엄청난 보물에 대해 듣게 된다. 파리아 신부가 죽자 당테스는 그의 시신을 넣은 자루에 들어가 바다에 던져져 감옥에서 탈출하게 되고, 이후 몽테 크리스토 섬에서 보물을 찾고 몽테크리스토 백작으로 변신한다.

당테스가 감옥에 있던 14년은 앙시앙레짐 시기였다. 무고한 당테스에게 누명을 띄웠던 악당들은 왕정복고 시기에 출세를 한다. 당그라르는 성공해 은행장이 되었고, 페르낭은 군인이 되어 자신의 상사를 죽이고 재산을 가로채 그 돈으로 백작이 되고 당테스의 약혼녀였던 메르세데스를 아내로 얻었다. 재판도 없이 자신을 감옥에 보낸 빌포르 검사는 검찰총장으로 출세해 있었다. 소설은 왕정복고 시대에 부패한 금융계, 정계, 법조계의 실상을 파헤치고, 그 속에 당테스를 무고한 악당을 한 사람씩 집어 넣었다. 뒤마에게 앙시앙레짐은 타도의 대상이었고, 당테스는 악당들을 하나씩 복수해 나간다.

주인공 몽테 크리스토 백작이 복수하는 시기는 1830년 공화주의자들의 7월 혁명으로 루이 필리프가 시민왕으로 추대된 이후였다. 이 시기에 귀족체제가 붕괴되고 공화주의가 확산되었으며, 보나파르트 세력도 복권되었다. 소설 속에 빌포르의 아버지 누아르티에가 보나파르트당 당수로 나온다. 왕정에 부역한 아들 빌포르는 미치광이가 되고 가문은 파멸하지만 늙은 투아르티에와 그를 보살핀 손녀 바랑티느는 해피엔딩으로 끝난다. 작가가 보나파르트 세력에 대해 우호적으로 그렸다는 점에서 소설이 나온 이후에 나폴레옹 3세가 집권할 것을 예견했는지도 모른다.

백작의 복수는 통쾌감을 준다. 그는 악당에 복수를 하며 마지막에 자신이 당테스임을 밝힌다. 백작은 횡재로 얻은 돈을 물쓰듯 쓰며 파리 사교계를 주름잡는 인물로 등장했다. 그는 프조니 신부, 월모어 경, 뱃사공 신밧드로 변장하면서 복수에 사로잡힌다. 페르낭을 실각시켜 자살하게 만들었고, 빌포르를 미쳐 버리게 했고, 당그라르를 알거지로 만들었다. 반면에 지난날의 은인들에 대한 보은은 잊지 않았다. 파라옹 호의 선주였던 모렐 가를 파산에서 구하고 모렐의 아들 막시밀리앙을 바랑티느와 맺어준다. 귀족과 평민의 아들딸이 결합해 행복하게 사는 것으로 마무리지으면서, 왕정과 공화정의 화해를 시도한 것이다.

소설에서 당테스가 14년간 감옥생활을 한 이프섬은 프랑스 마르세이유 앞바다 15km에 있는 작은 섬이고, 보물이 묻혀 있다는 몽테 크리스토 섬은 이탈리아 테레니아해 토스카나 제도의 섬이다. 이프 섬에는 소설로 인해 관광객들이 많이 찾기 때문에 당테스가 갇힌 감방을 재현해 놓기도 했다.

뒤마는 1841년 이탈리아 피렌체에 살고 있었는데, 나폴레옹 3세의 조카와 함께 몽테 크리스토퍼 섬을 둘러보기도 했다. 뒤마는 나폴레옹 조카에게 언젠가 이 섬을 주제로 소설을 쓸 것이라고 알려주었는데, 그 때 나폴레옹은 두 번째 쿠데타 혐의로 함 요새에 갇혀 있었다. 이 요새도 뒤마의 소설에 등장한다. 10년후 1851년에 나폴레옹 3세는 황제에 오르고, 프랑스는 제2제정을 맞는다.

소설은 피에르 피코라는 청년의 스토리에서 따왔다고 한다. 피코는 억울하게 누명을 쓰고 7년간 감옥살이를 하다가 석방되어 복수를 했다는 실화의 주인공이다. 그는 연적인 친구로 인해 누명을 누명을 썼고 감옥에서 알게 되어 따르게 된 사람 덕에 보물을 얻었으며, 연적에게 약혼녀를 빼앗겼고, 다이아몬드를 주고 정보를 얻는 이야기는 그대로 따왔다고 한다. 나머지는 뒤마의 창작이다.

알렉상드르 뒤마는 아버지 토마알렉상드르 뒤마를 4살 때 잃었지만, 어머니가 아버지에 대한 얘기를 해주어 아버지를 생생하게 기억했다고 한다. 아버지는 프랑스 식민지였던 카리브해 아이티 출신으로 프랑스 귀족과 흑인 노예 사이에 태어난 혼혈(물라토)이었다. 아버지는 귀국해 나폴레옹 휘하의 장군으로 나폴레옹을 도와 혁혁한 전과를 세웠다. 그는 이집트 원정에서 돌아오던 길에 이탈리아에서 표류해 재판도 받지 못하고 지하감옥에서 포로생활을 했다. 귀국후에도 인종차별에 시달리다 서훈대상에서 제외되었고, 가난에 시달리다 44세에 병사했다.

뒤마의 소설 속에 재판도 받지 않고 감옥에 갇힌 일, 이탈리아의 배경 등이 전해들은 아버지의 경험을 반영한 것이라 한다.

뒤마도 흑인혼혈이었다. 외모가 검었기에 뒤마는 당시 프랑스 주류사회에 편입되기 힘들었고, 나폴레옹 3세가 집권한 이후엔 루이 필리프의 사람이라는 이유로 벨기에로 망명성 이주를 하기도 했다. 그는 말년에 이탈리아로 건너가 이탈리아 통일운동에 앞장서기도 했다.

 [출처] http://www.atlasnews.co.kr/news/articleView.html?idxno=6267

[전기,전자] 꿈의 신소재 ‘맥신’, 대량생산 길 열렸다

한국과학기술연구원

나노물질 맥신의 물성을 예측하고 분류시스템을 구축하는 방법을 제시한 한‧인도협력센터 연구진. 한국과학기술연구원 제공

2차원 나노물질 ‘맥신’의 물성을 예측하고 분류시스템을 구축하는 방법이 제시됐다. 생산과정에서 품질관리가 가능해지면서 대량생산 길이 열릴 것으로 기대된다.

높은 전기전도성을 갖추고 여러 금속화합물과 조합할 수 있는 맥신은 ‘꿈의 신소재’라 불린다. 반도체, 전자기기, 센서 등 다양한 산업에서 활용할 수 있다.

한국과학기술연구원(KIST)은 이승철 한‧인도협력센터 책임연구원 연구팀이 맥신의 자기수송 특성을 이용해 표면의 분자 분포를 예측하는 방법을 개발했다고 17일 밝혔다.

2011년 개발된 맥신은 금속층과 탄소층이 교대로 쌓인 구조다. 맥신 표면에 덮인 분자가 불소일 경우 맥신의 전기전도성이 낮아져 전자파 차폐 효율이 떨어지지만, 표면 두께가 1nm(나노미터·10억분의 1m)에 불과해 여기에 붙은 분자를 분석하려면 고성능 전자현미경으로도 수일이 소요된다. 이로 인해 지금까지 대량생산이 불가능했다.

연구팀은 표면에 붙은 분자에 따라 전기전도도 또는 자기적 특성이 달라질 것이라는 점에 착안해 2차원 소재의 물성 예측 프로그램을 개발했다. 그 결과 맥신의 자기수송 특성을 계산해 다른 추가 장치 없이도 대기압과 상온에서 맥신 표면에 흡착된 분자의 종류와 양을 분석하는 데 성공했다.

맥신에서 예측된 홀산란인자. 한국과학기술연구원 제공

개발된 물성예측 프로그램을 통해 맥신의 표면을 분석한 결과 자기수송에 영향을 미치는 홀산란인자가 표면 분자의 종류에 따라 극적으로 변한다는 점을 예측했다. 홀산란인자는 반도체 물질의 전하 운반 특성을 나타내는 물리적인 상수로 동일한 맥신을 제조하더라도 홀산란인자는 불소인 경우 가장 높은 2.49, 산소는 0.5, 수산화물은 1의 값을 보인다는 것을 확인했으며, 이를 통해 분자의 분포를 분석할 수 있었다.

맥신은 홀산란인자 값에 따라 응용 분야가 달라진다. 1보다 낮은 값을 가진 경우 고성능 트랜지스터, 고주파 생성 소자, 높은 효율의 센서 그리고 광검출기 등에 활용이 가능하다. 1보다 높은 값을 가지면 열전소재, 자기센서 등에 응용할 수 있다. 맥신의 크기가 수 나노미터 이하임을 고려하면 응용가능한 소자의 크기 및 필요 전력량을 획기적으로 줄일 수 있게 된다.

이승철 센터장은 “순수한 맥신의 제조 및 특성에 집중된 기존 연구와 달리 제조된 맥신을 쉽게 분류할 수 있도록 표면 분자 분석에 새로운 방법을 개발한 것에 의의가 있다”며 “이번 성과를 바탕으로 균일한 품질을 가진 맥신의 대량생산이 가능해질 것으로 기대한다”고 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 ‘나노스케일’에 6월 게재됐고, 이 학술지의 ‘올해의 주목할 만한 논문’으로 선정됐다.

박정연 기자 hesse@donga.com

[출처] https://n.news.naver.com/article/584/0000023963?ntype=RANKING

[ 一日30分 인생승리의 학습법] Qiskit Hackathon Korea Project 논문 정리

Efficient evaluation of quantum observables using entangled measurements 

npj Qunatum Information, Ikko Hamamura and Takashi Imamichi (www.nature.com/articles/s41534-020-0284-2)

Abstract: 클라우드 양자컴퓨팅의 출현은 양자 알고리즘이 빠르게 발전하는데 기여하였다. 특히 이 중에서도 noisy intermediate-scale quantum(NISQ) 컴퓨터에서도 실행 가능한  variational quantum-classical hybrid algorithm들을 연구하는 것이 중요하다. Observable들을 evaluate하는 과정은 variational quantum-classical hybrid algorithm을 NISQ에서 돌릴 때 굉장히 자주 일어난다. 만약 이 observable들을 측정하는 과정을 빠르게 할 수 있다면, 알고리즘을 더 빠르게 돌릴 수 있고 양자컴퓨터의 자원을 아낄 수 있다. Seperable measurement에서 observable을 grouping하는 과정은 전통적으로 사용되어 왔고, entangled measurement에서도 grouping을 하는 과정이 몇몇 팀에 의해서 제안되었다. 이 논문에서는, entangled measurement가 observable의 측정 효율을 높인다는 것을 covariance effect를 고려하여 이론적인 관점과 실험적인 관점에서 모두 보였다. 또한 extra gate들의 depth를 유지하기 위해서 부분적으로 entangled measurement를 사용하는 방법도 제안하였다. Entangled measurement가 joint measurement뿐만 아니라 quantum information processing 에도 중요한 자원이 되기를 기대한다.

Introduction

많은 연구자들이 fault-tolerant한 양자 컴퓨터와 양자 알고리즘을 개발하려고 tireless하게 노력하고 있다. 최근에 양자 컴퓨팅이 큰 관심을 받고 있는데, 주요한 이유는 NISQ computer의 등장에 있다. 이 컴퓨터는 50-100개의 qubit을 갖고 있고, quantum error correction이 아직 시행되지 않았다. 주로 trapped ion system과 superconducting system으로 구현되고 있다. 비록 아직 qubit의 개수도 적고 operation의 정확도도 낮지만, 현재의 quantum computer에서 연구자들 뿐만 아니라 일반인들까지도 programming이 가능하다. IBM는 IBM Q Experience를 2016년에 내놓았고, Rigetti 또한 Quantum Cloud Service를 2018년에 발표하였으며, IonQ 또한 2019년에 Quantum Cloud Service를 시작했다. NISQ의 Software Stack도 많이 발전됐는데, IBM의 Qiskit, Rigetti의 Forest, Google의 Cirq가 있다. 연구자들은 현재 NISQ의 application에 관심이 많은데, 특히 quantum chemistry와 optimization problem, quantum machine learning이 매력적인 관심사이다. Finance 문제에 대해서도 몇 가지 흥미로운 algorithm들이 제안되었다. 

이 논문에서는 VQE에 중점을 두었는데, VQE는 quantum-classical hybrid algorithm으로 hamiltonian과 같은 행렬의 eigenvector와 eigenvalue를 계산해준다. VQE는 양자화학과 같은 여러 분야에 사용되는데, 이 알고리즘에 관심이 많이 있는 이유는 NISQ 컴퓨터는 아직  short-depth circuit만 다룰 수 있고 classical한 computer과 combine하는 것이 필수적이기 때문이다. VQE와 같은 이런 hybrid 알고리즘은 full-quantum algorithm에 비해서 nosie에 robust하다. 이 논문을 참고하면 된다.  ( journals.aps.org/rmp/abstract/10.1103/RevModPhys.92.015003  언젠간 읽어야지..)

VQE는 quantum state $\mid \psi \left(\theta \right)⟩$∣�(�)⟩ 의 parameter인  $\theta$� 를 조절해서 input operator의 expectation value를 최소화한다. Expectation value는 $⟩\psi \left(\theta \right)\mid \psi \left(\theta \right)⟩$⟩�(�)∣�(�)⟩ 로 나타내어지는데, 여기에서 A는 주로 fermionic Hamiltonian을 quibit Hamiltonian으로 바꾼 것이다. Qubit Hamiltonian은 Pauli Operator와 Identity Operator의 tensor product의 linear combination으로 표현할 수 있다. 이를 수식으로 나타내면 다음과 같다. $A={\sum }_{i=1}^N{a}_i{P}_i$�=∑�=1�����

[출처] https://oilbeen.tistory.com/25?category=824686

[물리] 우주 설명할 표준 입자 모델 흔들리나

 

우주를 구성하는 기본 입자 중 하나인 ‘뮤온(muon)’에 대한 새로운 실험 결과가 나와 세계 물리학계의 관심이 집중되고 있다. 2년 전 같은 실험에서 물리 현상을 설명하는 표준 모형 모델을 벗어나 눈길을 끌었는데 이번 후속 실험에서도 비슷한 결과가 나온 것이다. 일각에선 그동안 알려지지 않은 새로운 입자가 존재할 가능성까지 제기되고 있다.

미국 페르미 국립가속기연구소(페르미랩)는 지난 10일(현지 시각) 국제 학술지 ‘피지컬리뷰레터스’에 “뮤온의 자기(磁氣)적 속성을 알아내기 위한 ‘뮤온 g-2′ 실험 결과 표준 모델이 예측한 뮤온의 자기적 속성에서 벗어나는 값을 얻었다”고 발표했다.

뮤온은 블랙홀·중성자별 폭발 과정에서 발생한 고에너지 입자가 지구 대기와 충돌해 만들어진 2차 입자다. 1936년 지구로 쏟아지는 우주방사선을 연구하는 과정에서 처음 발견됐다. 우주의 모든 물질은 17개의 기본 입자로 구성돼 있다. 이 중 하나인 뮤온은 전자(電子)와 같은 전화를 띠면서 질량은 200배가량 크다. 전하가 만들어내는 자기의 영향으로 팽이처럼 진동한다. 주변에 어떤 입자가 있느냐에 따라 진동의 세기가 달라진다.

입자 물리학의 근간이 되는 ‘표준 모형’에 따르면 강력한 자기장 속에서 뮤온의 진동 축은 흔들리는 정도(g값)가 ‘2′에 가까운 수치로 수렴해야 한다. 하지만 페르미랩 연구진이 지난 2021년 4월 강한 자기장 환경에 뮤온을 넣고 입자의 흔들림을 관찰한 결과 실제 뮤온의 g값은 예측값인 2보다 0.1%가량 컸다. 이는 뮤온이 알 수 없는 이유로 예상한 것보다 빠르게 진동한다는 뜻이다.

연구진은 이번에는 더 정확한 결과를 확인하기 위해 2년 전보다 5배 많은 400억개의 뮤온 입자를 투입했다. 그 결과 뮤온의 g값은 2.00233184110으로 첫 실험 때처럼 표준 모형에 따른 g값보다 크게 나타났다. 수치 오차도 2021년 실험에서 도출된 g값의 오차와 비슷했다.

물리학자들이 뮤온의 자기 수치에 관심을 가지는 건 새로운 입자를 찾아낼 수 있는 단서가 될 수 있기 때문이다. 연구진은 두 번째 실험 결과에 대해 “미지의 다른 입자나 힘이 작용해 뮤온에 자성이 더해진 것으로 추정된다”고 설명했다.

다만 과학계에선 “더 많은 실험 데이터가 필요하다”며 신중한 입장을 보이고 있다. 새로운 입자의 존재로 단정하기엔 아직 실험 결과가 충분하지 않다는 것이다. 페르미 연구진은 오는 2025년 측정 정확도를 이번 실험보다 2배 높여 실험을 진행할 예정이다. 연구진은 “2년 뒤 실험 결과까지 종합해 정확한 결론을 내릴 수 있을 것”이라고 밝혔다.

[출처] https://www.chosun.com/economy/science/2023/08/17/5GZCG62DTBATXISGBEFP243NJU/

[알아봅시다] “난 세상의 파괴자 됐다”… ‘오펜하이머’ 알고 보면 재밌을 7가지

영화 ‘오펜하이머’ /유니버설 픽쳐스
‘원자폭탄의 아버지’와 ‘군축(軍縮)의 아버지’라는 정반대의 두 별명을 가지고 있는 미국 물리학자 로버트 오펜하이머의 전기(傳記) 영화 ‘오펜하이머’가 15일 국내에서 개봉했다. 거장 크리스토퍼 놀런 감독의 첫 전기 영화로 주목받은 이 작품은 미국 등에선 지난달 이미 개봉해 흥행 돌풍을 일으키고 있다. 오펜하이머는 세계 최초로 원폭 개발에 성공한 ‘맨해튼 프로젝트’를 이끌며 2차 세계대전을 끝낸 영웅인 동시에 인류에 통제하지 못할 무기를 안긴 문제적 인물이라는 양면적 평가를 받는다. 앞서 영화가 개봉한 영미권에선 오펜하이머 재조명 작업이 활발히 이뤄지고 있다. 관람 전 알고 가면 좋은 ‘오펜하이머 지식’을 소개한다.

과학에 앞서 언어 천재였다

1904년 4월 22일 유복한 독일계 유대인 가정에서 태어난 오펜하이머는 어린 시절부터 두각을 드러내는 신동이었다. 할아버지에게 선물로 받은 광석 세트를 계기로 7살 때부터 결정(結晶) 구조와 빛의 편광(偏光)과의 상호작용 등에 관심을 갖고 빠져들었다. 12세 땐 오펜하이머가 어린이인 줄 모르고 서한을 주고받던 뉴욕 광물학 클럽 회원이 그를 세미나 연사로 초대하기에 이른다. 오펜하이머는 지적 호기심이 매우 커 영어 외에도 그리스어·라틴어·프랑스어·독일어·네달란드어·산스크리트어까지 총 7개 언어를 구사할 수 있었다고 한다. 시(詩) 쓰기를 즐기기도 했다.

노벨상 후보만 세 번…수상은 못해

오펜하이머는 역사가 인정하는 최고의 물리학자였지만 정작 노벨상을 받진 못했다. 노벨물리학상 후보에만 1945년·1951년·1967년 세 번 올랐지만 선정되진 못했다. 노벨상을 받기 위해선 통상 한 가지 분야를 집중해서 연구하고 그 분야에서 성과를 얻어야 하는데 오펜하이머는 여러 분야에서 나온 성과를 누구보다 잘 이해하고 종합해 또 다른 결과를 내놓는 일에 천재적인 인물이었기에 ‘노벨 스타일’은 아니었다는 평가가 나온다. 한편 그와 함께 ‘맨해튼 프로젝트’에 참여한 동료 중 18명이 노벨상을 수상하게 된다.

실제 오펜하이머의 젊은 시절 모습. /사이언스북스 ‘아메리칸 프로메테우스’

담배로 살고 담배로 죽었다

오펜하이머는 엄청난 애연가로 유명했다. 그의 사진이 대부분 담배를 물고 있을 정도다. 맨해튼 프로젝트 진행할 당시 그는 식사를 제대로 하지 않아 몸무게가 50㎏(키 178cm)까지 빠졌는데 이 시기에도 담배만큼은 숨 쉬듯 피워댔다고 한다. 하루에 담배 100개비를 피웠다는 증언도 있다. 그의 입에 물려 있는 담배 ‘체스터필드’는 오펜하이머의 상징이 됐다. 그는 결국 인후암으로 세상을 떴다.

그가 유명해진 후엔 그를 따라 담배를 피우는 것이 청년들 사이에 유행하기도 했다. 영화에서 오펜하이머 역을 맡은 배우 킬리언 머피는 촬영 때 니코틴이 없는 허브 담배를 피웠다. 아울러 아몬드만 먹는 극단적 다이어트도 했다고 한다.

아인슈타인과 비슷하지만 다른 길

오펜하이머는 전(前) 세대 물리학계의 최고 거장인 알베르트 아인슈타인과 1920년대 독일 괴팅겐 대학에서 공부할 때 만났다. 아인슈타인은 맨해튼 프로젝트에 직접 참여하진 았지만 나치 독일보다 빨리 원폭을 개발해야 한다며 프랭클린 루스벨트 대통령에게 건의한 인물로 기록돼 있다.

두 사람은 대부분의 사안에 견해를 같이 했지만 말년에 닥친 매카시즘(반공산주의 운동) 광풍을 대하는 태도는 달랐다. 정치적 공세에 당하기만 했던 오펜하이머와 달리 아인슈타인은 이에 반발하는 사회운동가의 모습을 보였다.

원자폭탄을 개발한 맨해튼 프로젝트를 이끈 미 육군의 레슬리 그로브스 장군(왼쪽)과 오펜하이머 박사. 1942년에 찍은 사진이다. 오펜하이머는 38세의 젊은 나이였지만 그로브스 장군의 전폭적인 지지를 받아 맨해튼 프로젝트를 이끌 수 있었다./미 에너지부

힌두교에 매료된 유대인

오펜하이머는 유대인이긴 했지만 유대교를 맹종하는 신자는 아니었다. 그는 오히려 산스크리트어와 힌두교에 심취해 힌두교와 인도 문학에 대한 경외심을 자주 표현했다. 원폭 실험에 성공한 후 그는 “나는 이제 죽음이요, 세상의 파괴자가 됐다”며 자책했다고 하는데, 이 문구는 힌두교 경전 바가바드기타에 나오는 어구다.

오펜하이머는 하버드대 학부생 시절 산스크리트어를 공부하면서 힌두교 철학에 빠져들었다. 그가 전공한 물리학 분야인 양자역학과 우주 창조와 기원을 고찰하는 힌두교와 일맥상통한다는 평가도 있다.

1950년 프린스턴 고등연구소에서 촬영한 알베르트 아인슈타인(왼쪽)과 로버트 오펜하이머 박사(오른쪽). 4년 뒤 오펜하이머 박사가 스파이 혐의로 청문회에 서자 아인슈타인은 “조국에 헌신한 대가가 이런 것이냐”고 분개했다고 한다./위키미디어

뉴욕보단 뉴멕시코를 좋아했다

뉴욕 출신인 오펜하이머는 생전 가장 사랑하는 두가지로 물리학과 뉴멕시코주(州)를 꼽았다. 유년 시절 여행한 뉴멕시코의 황량하고도 광활한 풍경이 그의 마음을 사로잡았다고 한다. ‘맨해튼 프로젝트’가 뉴멕시코주에 ‘본부’를 꾸린 것이 우연은 아니었던 셈이다.

‘맨해튼 프로젝트’란 이름은 미국의 2차 대전 참전 후 기반시설 건설 및 무기 생산 시설 구축 등을 위해 과학·공학자들을 대거 모은 육군 공병대의 연구 시설 중 상당수가 뉴욕 맨해튼 컬럼비아대에 있었던 데서 유래했다. 맨해튼에서 개발 자체가 이뤄지진 않았지만 계획 초기에 맨해튼에서 초기 연구가 이뤄져 이후에도 ‘맨해튼 프로젝트’라는 암호명이 사용됐다.

전에도 영화 나왔지만 ‘혹평’

오펜하이머의 일기를 다룬 영화는 이번이 처음이 아니다. 할리우드에서 최소 두 편의 영화가 오펜하이머를 다뤘다. 롤랑 조페 감독의 ‘멸망의 창조’(1989년), 드라마 다큐인 ‘시작과 끝’(1947) 등이다. 컴퓨터 그래픽 등이 발달하기 전에 만들어진 두 영화는 원폭과 관련한 어설픈 묘사와 역사적 고증 부족 등으로 좋은 평가를 받진 못했다. 반면 1980년대 BBC가 방영한 7부작 드라마 ‘오펜하이머’는 골든글로브·에미상 등 주요 드라마상 후보에 오르며 좋은 평가를 받았다.

조성호 기자 summer@chosun.com

[출처] https://n.news.naver.com/article/023/0003781732?ntype=RANKING