- 망막 내 염증 정도에 맞추어 약물 전달 속도를 자동으로 조절 - 환자 맞춤형 치료 방식 개발로 환자의 편의성 높일 것으로 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 뇌과학연구소 임매순 박사 연구팀은 경희대학교(총장 한균태) 오승자 교수, 서울대학교(총장 유홍림) 이강원 교수와 함께 망막 내 염증 환경을 억제할 수 있는 새로운 약물을 제안하고, 염증 부위에 약물을 효과적으로 전달할 수 있는 하이드로젤을 개발했다고 밝혔다. 노인성 황반변성과 망막색소변성은 안구 뒤편의 신경 조직인 망막에서 빛을 생체 신호로 변환하는 광수용체 세포가 점차 손상돼 실명을 초래하는 치명적인 안과 질환이다. 노인성 황반변성은 노화로 인해 망막 중앙 부분인 황반에서 변화가 일어나는 질환으로 65세 이상 노인의 실명 원인 1위로 꼽힌다. 이와 달리 망막색소변성은 망막 주변에서 광감각 세포의 변화가 일어나는 유전적인 질환으로 전세계적으로 약 4,000명 중의 1명 정도 발병하며, 초기에는 야맹증으로 시작되나 나중에는 시력을 잃어버리게 된다. 현재는 두 질환 모두 완치가 불가능하며, 항염증제를 안구 내에 주사해 망막 손상의 진행 속도를 늦추는 것이 최선의 방법이다. 그러나 약물 주사 방식은 약제가 안구 내에 머무르는 동안에만 효과가 지속되기 때문에 증상에 따라 4주에서 12주 간격으로 환자가 병원을 방문해 주사를 맞아야 하는 불편함이 있다. 연구팀은 염증 인자인 EZH2를 억제하는 물질을 항염증제로써 최초로 활용했다. EZH2는 광수용체 내에서 염증 반응을 유발해 망막 변성을 가속화하는데, 망막 변성을 앓고 있는 쥐에 항염증제를 주입하자 망막 변성의 진행 속도가 느려짐을 확인할 수 있었다. 그뿐만 아니라 일반적으로 염증 환경에서 과발현되는 효소인 카텝신(cathepsin) 인자와 만나면 서서히 분해되는 성질을 가진 하이드로젤에 항염증 약물을 실어 전달하는 데 성공했다. 연구팀이 개발한 염증 인자 반응성 항염증 약물 전달 하이드로젤을 망막 변성을 앓고 있는 쥐의 안구에 주입했을 때 망막 내 염증 인자가 6.1% 수준으로 감소했다. 또한, 망막 변성에 의해 파괴되는 것으로 알려진 광수용체 세포의 보호 효과가 대조군에 비해 약 4배 높아 시력 손실을 효과적으로 지연할 수 있음을 확인했다. 특히, 안구의 유리체 성분과 유사한 히알루론산 기반의 하이드로젤은 환자 개개인의 망막 염증 정도에 따라 약물이 분해되는 양을 다르게 조절할 수 있어 반복적 주사를 최소화할 수 있다. 이를 통해 시력 저하로 거동이 어려운 환자의 경우 통원 과정에서 발생하는 경제적 부담과 안전사고의 위험성을 낮추고, 증상 초기 환자는 주기적 병원 방문 횟수가 감소해 일상생활에서 불편함을 줄일 수 있다. KIST 임매순 박사는 "상용화를 위해 향후 질병 진행 정도에 따라 사용될 약물과 하이드로젤의 양, 치료 주기 등을 데이터화하고 약물 전달 시스템의 장기간 안정성도 검토할 예정"이라고 밝혔다. 경희대학교 오승자 교수는 “향후 망막 변성 질환 이외의 다양한 안과 질환에서 염증을 포함한 여러 인자의 변화를 조사해 새롭게 개발한 반응성 약물 전달 시스템을 순차적으로 적용해 나갈 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 지원으로 KIST 주요사업과 신진중견연계연구(RS-2023-00208795), 우수신진연구자지원사업(2020R1C1C1006065), 뇌기능규명조절기술개발사업(2022M3E5E8017395), 보건복지부(장관 조규홍)의 공익적의료기술연구사업(HI22C1394)을 통해 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 ‘npj Regenerative Medicine’(IF 7.2, JCR 분야 상위 19.3%)에 최신 호에 게재됐다. *논문명: Effective Protection of Photoreceptors Using an Inflammation -Responsive Hydrogel to Attenuate Outer Retinal Degeneration [그림 1] 망막 퇴행을 억제하기 위한 염증 반응성 약물 개념도 (왼쪽 초록색 박스) 염증에 반응하는 하이드로젤 안에 담겨있는 항염증제. (오른쪽) 제작된 염증 반응성 약물을 망막색소변성증 동물에 주사. 망막내 염증 성분에 반응하여 약물이 점진적으로 전달되면서 광수용체 부근에 존재하는 염증성 세포의 증식을 억제해 망막 변성 질환의 진행을 늦출 수 있음. [그림 2] 제작한 염증 반응성 약물의 효과 검증 결과 망막변성증을 가진 동물에 제작한 염증 반응성 약물을 주입하고 2주 후 망막을 관찰한 결과 (위) 약물을 주입하지 않은 대조군에 비해 실험군에서 염증 인자들 (초록색, 빨간색)이 유의미하게 감소한 것을 확인할 수 있었음 (아래) 광수용체 세포 중 한 종류인 원뿔 세포(초록색)가 실험군에서 더 많이 관찰되었으며, 광수용체 층도 더 많이 남아있는 것을 확인하였음. +) 파란색은 염색된 세포핵을 의미하며, 측정된 염증 정도와 원뿔세포 수는 염색된 세포핵을 기준으로 상대적으로 계산된 값임. 그래프 내 ***는 유의 수준이 0.001이하임을 의미함.

- 망막 내 염증 정도에 맞추어 약물 전달 속도를 자동으로 조절 - 환자 맞춤형 치료 방식 개발로 환자의 편의성 높일 것으로 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 뇌과학연구소 임매순 박사 연구팀은 경희대학교(총장 한균태) 오승자 교수, 서울대학교(총장 유홍림) 이강원 교수와 함께 망막 내 염증 환경을 억제할 수 있는 새로운 약물을 제안하고, 염증 부위에 약물을 효과적으로 전달할 수 있는 하이드로젤을 개발했다고 밝혔다. 노인성 황반변성과 망막색소변성은 안구 뒤편의 신경 조직인 망막에서 빛을 생체 신호로 변환하는 광수용체 세포가 점차 손상돼 실명을 초래하는 치명적인 안과 질환이다. 노인성 황반변성은 노화로 인해 망막 중앙 부분인 황반에서 변화가 일어나는 질환으로 65세 이상 노인의 실명 원인 1위로 꼽힌다. 이와 달리 망막색소변성은 망막 주변에서 광감각 세포의 변화가 일어나는 유전적인 질환으로 전세계적으로 약 4,000명 중의 1명 정도 발병하며, 초기에는 야맹증으로 시작되나 나중에는 시력을 잃어버리게 된다. 현재는 두 질환 모두 완치가 불가능하며, 항염증제를 안구 내에 주사해 망막 손상의 진행 속도를 늦추는 것이 최선의 방법이다. 그러나 약물 주사 방식은 약제가 안구 내에 머무르는 동안에만 효과가 지속되기 때문에 증상에 따라 4주에서 12주 간격으로 환자가 병원을 방문해 주사를 맞아야 하는 불편함이 있다. 연구팀은 염증 인자인 EZH2를 억제하는 물질을 항염증제로써 최초로 활용했다. EZH2는 광수용체 내에서 염증 반응을 유발해 망막 변성을 가속화하는데, 망막 변성을 앓고 있는 쥐에 항염증제를 주입하자 망막 변성의 진행 속도가 느려짐을 확인할 수 있었다. 그뿐만 아니라 일반적으로 염증 환경에서 과발현되는 효소인 카텝신(cathepsin) 인자와 만나면 서서히 분해되는 성질을 가진 하이드로젤에 항염증 약물을 실어 전달하는 데 성공했다. 연구팀이 개발한 염증 인자 반응성 항염증 약물 전달 하이드로젤을 망막 변성을 앓고 있는 쥐의 안구에 주입했을 때 망막 내 염증 인자가 6.1% 수준으로 감소했다. 또한, 망막 변성에 의해 파괴되는 것으로 알려진 광수용체 세포의 보호 효과가 대조군에 비해 약 4배 높아 시력 손실을 효과적으로 지연할 수 있음을 확인했다. 특히, 안구의 유리체 성분과 유사한 히알루론산 기반의 하이드로젤은 환자 개개인의 망막 염증 정도에 따라 약물이 분해되는 양을 다르게 조절할 수 있어 반복적 주사를 최소화할 수 있다. 이를 통해 시력 저하로 거동이 어려운 환자의 경우 통원 과정에서 발생하는 경제적 부담과 안전사고의 위험성을 낮추고, 증상 초기 환자는 주기적 병원 방문 횟수가 감소해 일상생활에서 불편함을 줄일 수 있다. KIST 임매순 박사는 "상용화를 위해 향후 질병 진행 정도에 따라 사용될 약물과 하이드로젤의 양, 치료 주기 등을 데이터화하고 약물 전달 시스템의 장기간 안정성도 검토할 예정"이라고 밝혔다. 경희대학교 오승자 교수는 “향후 망막 변성 질환 이외의 다양한 안과 질환에서 염증을 포함한 여러 인자의 변화를 조사해 새롭게 개발한 반응성 약물 전달 시스템을 순차적으로 적용해 나갈 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 지원으로 KIST 주요사업과 신진중견연계연구(RS-2023-00208795), 우수신진연구자지원사업(2020R1C1C1006065), 뇌기능규명조절기술개발사업(2022M3E5E8017395), 보건복지부(장관 조규홍)의 공익적의료기술연구사업(HI22C1394)을 통해 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 ‘npj Regenerative Medicine’(IF 7.2, JCR 분야 상위 19.3%)에 최신 호에 게재됐다. *논문명: Effective Protection of Photoreceptors Using an Inflammation -Responsive Hydrogel to Attenuate Outer Retinal Degeneration [그림 1] 망막 퇴행을 억제하기 위한 염증 반응성 약물 개념도 (왼쪽 초록색 박스) 염증에 반응하는 하이드로젤 안에 담겨있는 항염증제. (오른쪽) 제작된 염증 반응성 약물을 망막색소변성증 동물에 주사. 망막내 염증 성분에 반응하여 약물이 점진적으로 전달되면서 광수용체 부근에 존재하는 염증성 세포의 증식을 억제해 망막 변성 질환의 진행을 늦출 수 있음. [그림 2] 제작한 염증 반응성 약물의 효과 검증 결과 망막변성증을 가진 동물에 제작한 염증 반응성 약물을 주입하고 2주 후 망막을 관찰한 결과 (위) 약물을 주입하지 않은 대조군에 비해 실험군에서 염증 인자들 (초록색, 빨간색)이 유의미하게 감소한 것을 확인할 수 있었음 (아래) 광수용체 세포 중 한 종류인 원뿔 세포(초록색)가 실험군에서 더 많이 관찰되었으며, 광수용체 층도 더 많이 남아있는 것을 확인하였음. +) 파란색은 염색된 세포핵을 의미하며, 측정된 염증 정도와 원뿔세포 수는 염색된 세포핵을 기준으로 상대적으로 계산된 값임. 그래프 내 ***는 유의 수준이 0.001이하임을 의미함.

- KIST, 유레카파크에서 미래 유망기술 분야 9개 혁신 기술 세계 무대에 선보여 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 1월 9일부터 12일까지(현지 시각) 미국 라스베이거스에서 열리는 세계 최대 IT 전시회인 ‘CES 2024’에 참가한다고 밝혔다. KIST가 CES에 기관 단위로 참가하는 것은 2020년 2022년, 2023년에 이어 이번이 네 번째로 이번 CES에서는 AI, 로봇, 스마트팜 등 미래 유망기술 분야 9개 전시품을 출품한다. KIST 전시관이 위치한 유레카파크(Eureka Park)는 혁신 기술을 선보이는 곳이다. [그림 1] FirstClass – KIST 차세대반도체연구소 인공뇌융합연구단 김재욱 책임연구원 KIST 인공뇌융합연구단은 김재욱 선임연구원의 자율주행 승차감 개선용 뉴로모픽 칩 ‘퍼스트클래스(FirstClass)’를 전시한다. 퍼스트클래스는 인체의 자연스러운 움직임을 담당하는 소뇌 신경망을 모사한 AI 반도체로, 자율주행차를 운전하는 사람의 주행 성향을 실시간으로 학습해 자율주행의 승차감이 사람의 운전처럼 부드러워지고 고객 맞춤형으로 개선될 수 있게 한다. [그림 2] CARE(CSI-based Activity Recognition for the Elderly-care) – KIST AI로봇연구소 인공지능연구단 고희동 책임연구원 KIST 인공지능연구단은 고희동 책임연구원의 ‘CSI 기반 인간 활동 인식 및 활동 강도 추정 기술’을 전시한다. WiFi CSI(Channel State Information)와 ESP32 기반의 초소형 IoT 모듈을 활용해 사용자의 활동과 그 강도를 감지하고 기록하는 Wi-ESP 시스템이다. 본 시스템은 CSI신호와 최대산소소비량(V02max) 데이터를 함께 수집 및 학습을 통해 웨어러블 장치 없이도 사용자의 신진대사 해당치(MET, Metabolic Equivalent of Task) 값으로 환산한다. 이를 통해 사용자의 활동 강도를 추정해 일상생활에서 건강 상태를 기록할 수 있다. [그림 3] Collabot – KIST AI로봇연구소 지능로봇연구단 곽소나 선임연구원 KIST 지능로봇연구단은 곽소나 선임연구원팀의 ‘콜래봇(CollaBot)’을 전시한다. 콜래봇은 책장, 의자 등 다수의 가구로 구성된 로보틱(Robotic) 도서관 시스템으로, 다수의 로보틱 제품이 협업해 주변 환경 혹은 사용자의 정보를 인식하고 필요한 서비스를 사용자에게 제공하는 기술이다. 콜래봇이 적용된 스마트 공간에서는 사용자가 휴대전화로 도서를 검색하면 책이 위치한 책장이 돌출되며, 의자는 책장의 높이에 따라 사다리 역할을 하거나 책을 운반하는 카트의 역할을 하는 등 필요에 따라 다양한 서비스를 제공한다. KIST에서 선보이는 스마트팜 기술은 청정신기술연구본부와 강릉분원 천연물연구소의 융합기술이다. 과학기술정보통신부, 농림축산식품부, 농촌진흥청에서 공동 추진하는 스마트팜다부처패키지혁신기술개발사업으로 수행됐으며 ‘선택적 광투과 태양전지 온실 기술’, ‘3차원 식물 스캔 로봇 기술’, ‘식물 생육 측정 기술 및 인공지능 온실 제어 기술’, ‘식물상태 기반 최적 재배 환경 의사결정 기술’, ‘복합양분플랫폼 기술’로 이루어져 있다. [그림 4] 선택적 광투과 태양전지 온실 기술 – KIST 청정신기술연구본부 민병권 본부장, 이필립 책임연구원, 김태희 선임연구원 KIST 강릉분원 천연물연구소 스마트팜융합연구센터 정제형 책임연구원 KIST 청정신기술연구본부 민병권 본부장, 이필립 책임연구원, 김태희 선임연구원, KIST 스마트팜융합연구센터 정제형 책임연구원의 ‘선택적 광투과 태양전지 온실 기술’은 작물 생산에 요구되는 파장대의 광을 선택적으로 온실 내부로 투과시키면서 동시에 전력 생산이 가능한 광투과 태양전지 모듈을 온실 지붕면 또는 벽면에 설치해 작물생산과 함께 전력 생산이 가능한 온실을 구현한다. [그림 5] 3차원 식물 스캔 로봇 기술 – KIST 강릉분원 천연물연구소 스마트팜융합연구센터 이택성 책임연구원 KIST 스마트팜융합연구센터 이택성 책임연구원의 ‘3차원 식물 스캔 로봇 기술’은 생성형 3D 이미지 인공지능 학습 방식인 NeRF(Neural Radiance Fields) 알고리즘을 활용해 자연광 및 표면 반사와 같은 외부요인에 취약한 기존의 3D 이미지 기반 표현형 데이터 추출의 한계를 극복하고, 식물 생육 정보를 정밀하게 측정 및 추출할 수 있는 3차원 식물 스캔 로봇 기술이다. [그림 6] 식물 생육 측정 기술 및 인공지능 온실 제어 기술 – KIST 강릉분원 천연물연구소 스마트팜융합연구센터 박수현 책임연구원 KIST 스마트팜융합연구센터 박수현 책임연구원의 ‘식물 생육 측정 기술 및 인공지능 온실 제어 기술’은 Depth 이미지 센서 기반 식물 생장점 및 생육 지표 추출 및 활용 기술로, 식물 생육 및 생장 상태 모니터링 및 모델 기반 인공지능 온실 자율제어 기술이다. [그림 7] 식물상태 기반 최적 재배환경 의사결정 기술 – KIST 강릉분원 천연물연구소 스마트팜융합연구센터 김형석 책임연구원 KIST 스마트팜융합연구센터 김형석 책임연구원의 ‘식물상태 기반 최적 재배 환경 의사결정 기술’은 식물 주변 설치된 내부 일사량, 온도, 습도, CO₂ 및 엽온 측정 센서값으로부터 식물의 생리적 상태를 모니터링하고, 스마트팜 온실에서 식물을 키울 때 최적의 상태를 유지하기 위한 조건을 인공지능 모델을 통해 제안하는 소프트웨어 기술이다. [그림 8] 복합양분플랫폼 기술 – KIST 강릉분원 천연물연구소 스마트팜융합연구센터 이주영 책임연구원 KIST 스마트팜융합연구센터 이주영 책임연구원의 ‘복합양분플랫폼 기술’은 산업작물의 대량생산을 위한 식물의 안정적인 양분 흡수 패턴과 작물의 현재 양분 상태를 파악하기 위한 배액 분석을 바탕으로 비료 균형 관리를 위한 계산 알고리즘, 양분 상태를 진단하는 급배액 양분 상태 가시화 등이 포함된 양분 균형 관리 소프트웨어 기술로 현재 실증화를 추진하고 있다. [그림 9] 이센 트래커 및 이센 케어 - ㈜이센 마지막으로 홍릉특구 입주 기업 ㈜이센에서 무선보행분석 기술을 전시한다. 원격 환자 모니터링 장치로서 스마트 웨어러블 의료기기인 ‘이센 트래커’를 착용해 각도기나 고니오미터 없이도 진료실에서 간편하게 보행 측정하고 트래커를 ‘이센케어 앱’과 ‘웹 대시보드’에 연동해 환자의 회복 단계별 맞춤형 무릎 케어가 가능하다. KIST 윤석진 원장은 “CES 2024에서 KIST의 기술과 KIST가 지원한 혁신 기업의 제품을 세계에 선보이게 돼 자랑스럽다”며 ”KIST에서 개발한 기술이 국내뿐만 아니라 해외에서도 기술이전되고 사업화로 이어질 수 있도록 글로벌 파트너쉽을 구축하는 데 지원을 아끼지 않겠다“라고 밝혔다.

- 적은 광자 수를 이용하여 분산된 다중변수를 측정하는 방법 구현 - 양자 현상을 이용해 고전 한계를 뛰어넘는 정확도의 분산형 양자센서 구현 누구나 경쟁이 치열한 콘서트 표 예매나 수강 신청을 앞두고 정확한 시각을 확인하고자 했던 경험이 한 번쯤은 있을 것이다. 만약 서울과 부산의 시간이 조금이라도 차이가 난다면 어느 한 곳은 다른 곳보다 예매나 수강 신청은 성공률이 떨어질 것이다. 멀리 떨어진 장소 사이의 정확한 시각을 공유하는 것은 금융, 통신, 보안 등 데이터 송수신의 정확도와 정밀도 향상이 필요한 우리 일상생활의 전 분야에서 그 중요성이 점점 커지고 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 양자정보연구단 임향택 박사팀이 중앙대학교, 한국표준과학연구원, 국방과학연구소, 미국 오크리지 국립연구소 등 국내외 유수 연구기관들과 협력해 적은 자원으로도 공간적으로 분산된 여러 개의 물리량을 표준 양자 한계를 뛰어넘는 높은 정밀도로 측정할 수 있는 분산형 양자센서를 구현하는데 성공했다고 밝혔다. 중첩, 얽힘 등의 양자현상을 이용하면 멀리 떨어진 두 공간의 서로 다른 시계의 시각을 더욱 정밀하게 측정할 수 있다. 마찬가지로 물리량이 하나는 서울에 있고 하나는 부산에 있다고 가정할 때, 서울과 부산에서 각각 물리량을 따로 측정하는 것보다 얽힘 상태를 서울과 부산에서 나누어 가진 후 두 개의 물리량을 동시에 측정한다면 정확도를 더욱 높일 수 있다. 이처럼 양자 센서를 이용하면 고전적인 센서로는 불가능했던 초정밀 측정이 가능할 것이라는 기대가 있는데, 이중 ‘분산형 양자센서’는 넓은 영역에 분산된 여러 개의 변수를 기존의 센서보다 높은 정밀도로 측정할 수 있는 시스템을 말한다. KIST 연구팀은 측정하고자 하는 대상이 넓은 영역에 분포된 상황에서 분산형 양자센싱 시스템을 이용하면 양자역학으로 도달할 수 있는 가장 높은 정밀도로 현상을 측정할 수 있다는 사실을 실험적으로 구현했다. 연구팀은 양자 얽힘 상태인 벨 상태로부터 서로 멀리 떨어져 있는 네 공간에 동시에 존재하는 중첩된 최대 얽힘 상태를 실험적으로 생성한 후, 이를 적용해 양자역학적 정밀도의 한계인 하이젠베르크 한계에 도달했다. 또한 측정하고자 하는 대상보다 광자의 개수가 작은 경우에도 분산형 양자센싱 네트워크를 구현할 수 있는 새로운 프로토콜을 제안하고, 이를 실험적으로 증명했다. 이러한 성과는 적은 자원으로도 공간적으로 분산된 여러 개의 물리량을 표준양자 한계보다 정밀하게 측정할 수 있는 프로토콜을 제안한 것으로서, 산업화를 위한 분산형 양자센싱 기술로 활용이 기대된다. 분산형 양자센서 시스템이 구현돼 복수의 위치에서 발생하는 종합적인 정보수집이 가능해지면 시각 동기화는 물론 초미세 암 발견 등의 진단, 배터리의 불량 측정, 지진 감지, 자기장 측정 등 지금까지와는 달리 새로운 분야에 폭넓게 활용할 수 있다. 가령 세포 간 거리를 서울-부산간 거리가 축소된 상황으로 생각한다면 이는 더욱 정밀한 초미세 암 발견 진단 등에 도움이 될 수 있다. 본 연구를 주도한 KIST 임향택 박사는“적은 자원으로도 표준 양자 한계를 뛰어넘는 측정이 가능한 분산형 양자센싱 핵심원천기술을 선점해 세계 시간 동기화, 초미세 암 발견 등의 실용적인 기술로 뻗어나가기를 기대한다”라고 밝혔다. KIST는 양자센서를 비롯한 양자응용분야에서 세계 최고 수준의 원천기술을 확보하고 산업계에 전파하기 위한 개방형 R&D사업을 수행하고 있으며, 제1저자인 홍성진 중앙대 교수를 비롯해 다양한 산‧학‧연 연구자들과 함께 연구 중이다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 지원을 받아 KIST 주요사업 (2E32241) 및 정보통신기획평가원(IITP) 양자센서핵심원천전략기술개발사업 (RS-2023-0022863) 등의 지원을 받아 수행된 이번 연구성과는 국제 학술지 「Nature Communications」 (IF : 16.6, JCR(%) 7.5 %) 에 1월 11일 게재*됐다. * 논문명 : Distributed quantum sensing of multiple phases with fewer photons [그림] 분산형 양자센싱 중앙부에서 양자 상태를 넓은 지역에 분산되어있는 각 노드로 전송하여 위상들의 평균값을 획득

- 적은 광자 수를 이용하여 분산된 다중변수를 측정하는 방법 구현 - 양자 현상을 이용해 고전 한계를 뛰어넘는 정확도의 분산형 양자센서 구현 누구나 경쟁이 치열한 콘서트 표 예매나 수강 신청을 앞두고 정확한 시각을 확인하고자 했던 경험이 한 번쯤은 있을 것이다. 만약 서울과 부산의 시간이 조금이라도 차이가 난다면 어느 한 곳은 다른 곳보다 예매나 수강 신청은 성공률이 떨어질 것이다. 멀리 떨어진 장소 사이의 정확한 시각을 공유하는 것은 금융, 통신, 보안 등 데이터 송수신의 정확도와 정밀도 향상이 필요한 우리 일상생활의 전 분야에서 그 중요성이 점점 커지고 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 양자정보연구단 임향택 박사팀이 중앙대학교, 한국표준과학연구원, 국방과학연구소, 미국 오크리지 국립연구소 등 국내외 유수 연구기관들과 협력해 적은 자원으로도 공간적으로 분산된 여러 개의 물리량을 표준 양자 한계를 뛰어넘는 높은 정밀도로 측정할 수 있는 분산형 양자센서를 구현하는데 성공했다고 밝혔다. 중첩, 얽힘 등의 양자현상을 이용하면 멀리 떨어진 두 공간의 서로 다른 시계의 시각을 더욱 정밀하게 측정할 수 있다. 마찬가지로 물리량이 하나는 서울에 있고 하나는 부산에 있다고 가정할 때, 서울과 부산에서 각각 물리량을 따로 측정하는 것보다 얽힘 상태를 서울과 부산에서 나누어 가진 후 두 개의 물리량을 동시에 측정한다면 정확도를 더욱 높일 수 있다. 이처럼 양자 센서를 이용하면 고전적인 센서로는 불가능했던 초정밀 측정이 가능할 것이라는 기대가 있는데, 이중 ‘분산형 양자센서’는 넓은 영역에 분산된 여러 개의 변수를 기존의 센서보다 높은 정밀도로 측정할 수 있는 시스템을 말한다. KIST 연구팀은 측정하고자 하는 대상이 넓은 영역에 분포된 상황에서 분산형 양자센싱 시스템을 이용하면 양자역학으로 도달할 수 있는 가장 높은 정밀도로 현상을 측정할 수 있다는 사실을 실험적으로 구현했다. 연구팀은 양자 얽힘 상태인 벨 상태로부터 서로 멀리 떨어져 있는 네 공간에 동시에 존재하는 중첩된 최대 얽힘 상태를 실험적으로 생성한 후, 이를 적용해 양자역학적 정밀도의 한계인 하이젠베르크 한계에 도달했다. 또한 측정하고자 하는 대상보다 광자의 개수가 작은 경우에도 분산형 양자센싱 네트워크를 구현할 수 있는 새로운 프로토콜을 제안하고, 이를 실험적으로 증명했다. 이러한 성과는 적은 자원으로도 공간적으로 분산된 여러 개의 물리량을 표준양자 한계보다 정밀하게 측정할 수 있는 프로토콜을 제안한 것으로서, 산업화를 위한 분산형 양자센싱 기술로 활용이 기대된다. 분산형 양자센서 시스템이 구현돼 복수의 위치에서 발생하는 종합적인 정보수집이 가능해지면 시각 동기화는 물론 초미세 암 발견 등의 진단, 배터리의 불량 측정, 지진 감지, 자기장 측정 등 지금까지와는 달리 새로운 분야에 폭넓게 활용할 수 있다. 가령 세포 간 거리를 서울-부산간 거리가 축소된 상황으로 생각한다면 이는 더욱 정밀한 초미세 암 발견 진단 등에 도움이 될 수 있다. 본 연구를 주도한 KIST 임향택 박사는“적은 자원으로도 표준 양자 한계를 뛰어넘는 측정이 가능한 분산형 양자센싱 핵심원천기술을 선점해 세계 시간 동기화, 초미세 암 발견 등의 실용적인 기술로 뻗어나가기를 기대한다”라고 밝혔다. KIST는 양자센서를 비롯한 양자응용분야에서 세계 최고 수준의 원천기술을 확보하고 산업계에 전파하기 위한 개방형 R&D사업을 수행하고 있으며, 제1저자인 홍성진 중앙대 교수를 비롯해 다양한 산‧학‧연 연구자들과 함께 연구 중이다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 지원을 받아 KIST 주요사업 (2E32241) 및 정보통신기획평가원(IITP) 양자센서핵심원천전략기술개발사업 (RS-2023-0022863) 등의 지원을 받아 수행된 이번 연구성과는 국제 학술지 「Nature Communications」 (IF : 16.6, JCR(%) 7.5 %) 에 1월 11일 게재*됐다. * 논문명 : Distributed quantum sensing of multiple phases with fewer photons [그림] 분산형 양자센싱 중앙부에서 양자 상태를 넓은 지역에 분산되어있는 각 노드로 전송하여 위상들의 평균값을 획득

- 적은 광자 수를 이용하여 분산된 다중변수를 측정하는 방법 구현 - 양자 현상을 이용해 고전 한계를 뛰어넘는 정확도의 분산형 양자센서 구현 누구나 경쟁이 치열한 콘서트 표 예매나 수강 신청을 앞두고 정확한 시각을 확인하고자 했던 경험이 한 번쯤은 있을 것이다. 만약 서울과 부산의 시간이 조금이라도 차이가 난다면 어느 한 곳은 다른 곳보다 예매나 수강 신청은 성공률이 떨어질 것이다. 멀리 떨어진 장소 사이의 정확한 시각을 공유하는 것은 금융, 통신, 보안 등 데이터 송수신의 정확도와 정밀도 향상이 필요한 우리 일상생활의 전 분야에서 그 중요성이 점점 커지고 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 양자정보연구단 임향택 박사팀이 중앙대학교, 한국표준과학연구원, 국방과학연구소, 미국 오크리지 국립연구소 등 국내외 유수 연구기관들과 협력해 적은 자원으로도 공간적으로 분산된 여러 개의 물리량을 표준 양자 한계를 뛰어넘는 높은 정밀도로 측정할 수 있는 분산형 양자센서를 구현하는데 성공했다고 밝혔다. 중첩, 얽힘 등의 양자현상을 이용하면 멀리 떨어진 두 공간의 서로 다른 시계의 시각을 더욱 정밀하게 측정할 수 있다. 마찬가지로 물리량이 하나는 서울에 있고 하나는 부산에 있다고 가정할 때, 서울과 부산에서 각각 물리량을 따로 측정하는 것보다 얽힘 상태를 서울과 부산에서 나누어 가진 후 두 개의 물리량을 동시에 측정한다면 정확도를 더욱 높일 수 있다. 이처럼 양자 센서를 이용하면 고전적인 센서로는 불가능했던 초정밀 측정이 가능할 것이라는 기대가 있는데, 이중 ‘분산형 양자센서’는 넓은 영역에 분산된 여러 개의 변수를 기존의 센서보다 높은 정밀도로 측정할 수 있는 시스템을 말한다. KIST 연구팀은 측정하고자 하는 대상이 넓은 영역에 분포된 상황에서 분산형 양자센싱 시스템을 이용하면 양자역학으로 도달할 수 있는 가장 높은 정밀도로 현상을 측정할 수 있다는 사실을 실험적으로 구현했다. 연구팀은 양자 얽힘 상태인 벨 상태로부터 서로 멀리 떨어져 있는 네 공간에 동시에 존재하는 중첩된 최대 얽힘 상태를 실험적으로 생성한 후, 이를 적용해 양자역학적 정밀도의 한계인 하이젠베르크 한계에 도달했다. 또한 측정하고자 하는 대상보다 광자의 개수가 작은 경우에도 분산형 양자센싱 네트워크를 구현할 수 있는 새로운 프로토콜을 제안하고, 이를 실험적으로 증명했다. 이러한 성과는 적은 자원으로도 공간적으로 분산된 여러 개의 물리량을 표준양자 한계보다 정밀하게 측정할 수 있는 프로토콜을 제안한 것으로서, 산업화를 위한 분산형 양자센싱 기술로 활용이 기대된다. 분산형 양자센서 시스템이 구현돼 복수의 위치에서 발생하는 종합적인 정보수집이 가능해지면 시각 동기화는 물론 초미세 암 발견 등의 진단, 배터리의 불량 측정, 지진 감지, 자기장 측정 등 지금까지와는 달리 새로운 분야에 폭넓게 활용할 수 있다. 가령 세포 간 거리를 서울-부산간 거리가 축소된 상황으로 생각한다면 이는 더욱 정밀한 초미세 암 발견 진단 등에 도움이 될 수 있다. 본 연구를 주도한 KIST 임향택 박사는“적은 자원으로도 표준 양자 한계를 뛰어넘는 측정이 가능한 분산형 양자센싱 핵심원천기술을 선점해 세계 시간 동기화, 초미세 암 발견 등의 실용적인 기술로 뻗어나가기를 기대한다”라고 밝혔다. KIST는 양자센서를 비롯한 양자응용분야에서 세계 최고 수준의 원천기술을 확보하고 산업계에 전파하기 위한 개방형 R&D사업을 수행하고 있으며, 제1저자인 홍성진 중앙대 교수를 비롯해 다양한 산‧학‧연 연구자들과 함께 연구 중이다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 지원을 받아 KIST 주요사업 (2E32241) 및 정보통신기획평가원(IITP) 양자센서핵심원천전략기술개발사업 (RS-2023-0022863) 등의 지원을 받아 수행된 이번 연구성과는 국제 학술지 「Nature Communications」 (IF : 16.6, JCR(%) 7.5 %) 에 1월 11일 게재*됐다. * 논문명 : Distributed quantum sensing of multiple phases with fewer photons [그림] 분산형 양자센싱 중앙부에서 양자 상태를 넓은 지역에 분산되어있는 각 노드로 전송하여 위상들의 평균값을 획득

- 적은 광자 수를 이용하여 분산된 다중변수를 측정하는 방법 구현 - 양자 현상을 이용해 고전 한계를 뛰어넘는 정확도의 분산형 양자센서 구현 누구나 경쟁이 치열한 콘서트 표 예매나 수강 신청을 앞두고 정확한 시각을 확인하고자 했던 경험이 한 번쯤은 있을 것이다. 만약 서울과 부산의 시간이 조금이라도 차이가 난다면 어느 한 곳은 다른 곳보다 예매나 수강 신청은 성공률이 떨어질 것이다. 멀리 떨어진 장소 사이의 정확한 시각을 공유하는 것은 금융, 통신, 보안 등 데이터 송수신의 정확도와 정밀도 향상이 필요한 우리 일상생활의 전 분야에서 그 중요성이 점점 커지고 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 양자정보연구단 임향택 박사팀이 중앙대학교, 한국표준과학연구원, 국방과학연구소, 미국 오크리지 국립연구소 등 국내외 유수 연구기관들과 협력해 적은 자원으로도 공간적으로 분산된 여러 개의 물리량을 표준 양자 한계를 뛰어넘는 높은 정밀도로 측정할 수 있는 분산형 양자센서를 구현하는데 성공했다고 밝혔다. 중첩, 얽힘 등의 양자현상을 이용하면 멀리 떨어진 두 공간의 서로 다른 시계의 시각을 더욱 정밀하게 측정할 수 있다. 마찬가지로 물리량이 하나는 서울에 있고 하나는 부산에 있다고 가정할 때, 서울과 부산에서 각각 물리량을 따로 측정하는 것보다 얽힘 상태를 서울과 부산에서 나누어 가진 후 두 개의 물리량을 동시에 측정한다면 정확도를 더욱 높일 수 있다. 이처럼 양자 센서를 이용하면 고전적인 센서로는 불가능했던 초정밀 측정이 가능할 것이라는 기대가 있는데, 이중 ‘분산형 양자센서’는 넓은 영역에 분산된 여러 개의 변수를 기존의 센서보다 높은 정밀도로 측정할 수 있는 시스템을 말한다. KIST 연구팀은 측정하고자 하는 대상이 넓은 영역에 분포된 상황에서 분산형 양자센싱 시스템을 이용하면 양자역학으로 도달할 수 있는 가장 높은 정밀도로 현상을 측정할 수 있다는 사실을 실험적으로 구현했다. 연구팀은 양자 얽힘 상태인 벨 상태로부터 서로 멀리 떨어져 있는 네 공간에 동시에 존재하는 중첩된 최대 얽힘 상태를 실험적으로 생성한 후, 이를 적용해 양자역학적 정밀도의 한계인 하이젠베르크 한계에 도달했다. 또한 측정하고자 하는 대상보다 광자의 개수가 작은 경우에도 분산형 양자센싱 네트워크를 구현할 수 있는 새로운 프로토콜을 제안하고, 이를 실험적으로 증명했다. 이러한 성과는 적은 자원으로도 공간적으로 분산된 여러 개의 물리량을 표준양자 한계보다 정밀하게 측정할 수 있는 프로토콜을 제안한 것으로서, 산업화를 위한 분산형 양자센싱 기술로 활용이 기대된다. 분산형 양자센서 시스템이 구현돼 복수의 위치에서 발생하는 종합적인 정보수집이 가능해지면 시각 동기화는 물론 초미세 암 발견 등의 진단, 배터리의 불량 측정, 지진 감지, 자기장 측정 등 지금까지와는 달리 새로운 분야에 폭넓게 활용할 수 있다. 가령 세포 간 거리를 서울-부산간 거리가 축소된 상황으로 생각한다면 이는 더욱 정밀한 초미세 암 발견 진단 등에 도움이 될 수 있다. 본 연구를 주도한 KIST 임향택 박사는“적은 자원으로도 표준 양자 한계를 뛰어넘는 측정이 가능한 분산형 양자센싱 핵심원천기술을 선점해 세계 시간 동기화, 초미세 암 발견 등의 실용적인 기술로 뻗어나가기를 기대한다”라고 밝혔다. KIST는 양자센서를 비롯한 양자응용분야에서 세계 최고 수준의 원천기술을 확보하고 산업계에 전파하기 위한 개방형 R&D사업을 수행하고 있으며, 제1저자인 홍성진 중앙대 교수를 비롯해 다양한 산‧학‧연 연구자들과 함께 연구 중이다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 지원을 받아 KIST 주요사업 (2E32241) 및 정보통신기획평가원(IITP) 양자센서핵심원천전략기술개발사업 (RS-2023-0022863) 등의 지원을 받아 수행된 이번 연구성과는 국제 학술지 「Nature Communications」 (IF : 16.6, JCR(%) 7.5 %) 에 1월 11일 게재*됐다. * 논문명 : Distributed quantum sensing of multiple phases with fewer photons [그림] 분산형 양자센싱 중앙부에서 양자 상태를 넓은 지역에 분산되어있는 각 노드로 전송하여 위상들의 평균값을 획득

- 적은 광자 수를 이용하여 분산된 다중변수를 측정하는 방법 구현 - 양자 현상을 이용해 고전 한계를 뛰어넘는 정확도의 분산형 양자센서 구현 누구나 경쟁이 치열한 콘서트 표 예매나 수강 신청을 앞두고 정확한 시각을 확인하고자 했던 경험이 한 번쯤은 있을 것이다. 만약 서울과 부산의 시간이 조금이라도 차이가 난다면 어느 한 곳은 다른 곳보다 예매나 수강 신청은 성공률이 떨어질 것이다. 멀리 떨어진 장소 사이의 정확한 시각을 공유하는 것은 금융, 통신, 보안 등 데이터 송수신의 정확도와 정밀도 향상이 필요한 우리 일상생활의 전 분야에서 그 중요성이 점점 커지고 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 양자정보연구단 임향택 박사팀이 중앙대학교, 한국표준과학연구원, 국방과학연구소, 미국 오크리지 국립연구소 등 국내외 유수 연구기관들과 협력해 적은 자원으로도 공간적으로 분산된 여러 개의 물리량을 표준 양자 한계를 뛰어넘는 높은 정밀도로 측정할 수 있는 분산형 양자센서를 구현하는데 성공했다고 밝혔다. 중첩, 얽힘 등의 양자현상을 이용하면 멀리 떨어진 두 공간의 서로 다른 시계의 시각을 더욱 정밀하게 측정할 수 있다. 마찬가지로 물리량이 하나는 서울에 있고 하나는 부산에 있다고 가정할 때, 서울과 부산에서 각각 물리량을 따로 측정하는 것보다 얽힘 상태를 서울과 부산에서 나누어 가진 후 두 개의 물리량을 동시에 측정한다면 정확도를 더욱 높일 수 있다. 이처럼 양자 센서를 이용하면 고전적인 센서로는 불가능했던 초정밀 측정이 가능할 것이라는 기대가 있는데, 이중 ‘분산형 양자센서’는 넓은 영역에 분산된 여러 개의 변수를 기존의 센서보다 높은 정밀도로 측정할 수 있는 시스템을 말한다. KIST 연구팀은 측정하고자 하는 대상이 넓은 영역에 분포된 상황에서 분산형 양자센싱 시스템을 이용하면 양자역학으로 도달할 수 있는 가장 높은 정밀도로 현상을 측정할 수 있다는 사실을 실험적으로 구현했다. 연구팀은 양자 얽힘 상태인 벨 상태로부터 서로 멀리 떨어져 있는 네 공간에 동시에 존재하는 중첩된 최대 얽힘 상태를 실험적으로 생성한 후, 이를 적용해 양자역학적 정밀도의 한계인 하이젠베르크 한계에 도달했다. 또한 측정하고자 하는 대상보다 광자의 개수가 작은 경우에도 분산형 양자센싱 네트워크를 구현할 수 있는 새로운 프로토콜을 제안하고, 이를 실험적으로 증명했다. 이러한 성과는 적은 자원으로도 공간적으로 분산된 여러 개의 물리량을 표준양자 한계보다 정밀하게 측정할 수 있는 프로토콜을 제안한 것으로서, 산업화를 위한 분산형 양자센싱 기술로 활용이 기대된다. 분산형 양자센서 시스템이 구현돼 복수의 위치에서 발생하는 종합적인 정보수집이 가능해지면 시각 동기화는 물론 초미세 암 발견 등의 진단, 배터리의 불량 측정, 지진 감지, 자기장 측정 등 지금까지와는 달리 새로운 분야에 폭넓게 활용할 수 있다. 가령 세포 간 거리를 서울-부산간 거리가 축소된 상황으로 생각한다면 이는 더욱 정밀한 초미세 암 발견 진단 등에 도움이 될 수 있다. 본 연구를 주도한 KIST 임향택 박사는“적은 자원으로도 표준 양자 한계를 뛰어넘는 측정이 가능한 분산형 양자센싱 핵심원천기술을 선점해 세계 시간 동기화, 초미세 암 발견 등의 실용적인 기술로 뻗어나가기를 기대한다”라고 밝혔다. KIST는 양자센서를 비롯한 양자응용분야에서 세계 최고 수준의 원천기술을 확보하고 산업계에 전파하기 위한 개방형 R&D사업을 수행하고 있으며, 제1저자인 홍성진 중앙대 교수를 비롯해 다양한 산‧학‧연 연구자들과 함께 연구 중이다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 지원을 받아 KIST 주요사업 (2E32241) 및 정보통신기획평가원(IITP) 양자센서핵심원천전략기술개발사업 (RS-2023-0022863) 등의 지원을 받아 수행된 이번 연구성과는 국제 학술지 「Nature Communications」 (IF : 16.6, JCR(%) 7.5 %) 에 1월 11일 게재*됐다. * 논문명 : Distributed quantum sensing of multiple phases with fewer photons [그림] 분산형 양자센싱 중앙부에서 양자 상태를 넓은 지역에 분산되어있는 각 노드로 전송하여 위상들의 평균값을 획득

- 적은 광자 수를 이용하여 분산된 다중변수를 측정하는 방법 구현 - 양자 현상을 이용해 고전 한계를 뛰어넘는 정확도의 분산형 양자센서 구현 누구나 경쟁이 치열한 콘서트 표 예매나 수강 신청을 앞두고 정확한 시각을 확인하고자 했던 경험이 한 번쯤은 있을 것이다. 만약 서울과 부산의 시간이 조금이라도 차이가 난다면 어느 한 곳은 다른 곳보다 예매나 수강 신청은 성공률이 떨어질 것이다. 멀리 떨어진 장소 사이의 정확한 시각을 공유하는 것은 금융, 통신, 보안 등 데이터 송수신의 정확도와 정밀도 향상이 필요한 우리 일상생활의 전 분야에서 그 중요성이 점점 커지고 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 양자정보연구단 임향택 박사팀이 중앙대학교, 한국표준과학연구원, 국방과학연구소, 미국 오크리지 국립연구소 등 국내외 유수 연구기관들과 협력해 적은 자원으로도 공간적으로 분산된 여러 개의 물리량을 표준 양자 한계를 뛰어넘는 높은 정밀도로 측정할 수 있는 분산형 양자센서를 구현하는데 성공했다고 밝혔다. 중첩, 얽힘 등의 양자현상을 이용하면 멀리 떨어진 두 공간의 서로 다른 시계의 시각을 더욱 정밀하게 측정할 수 있다. 마찬가지로 물리량이 하나는 서울에 있고 하나는 부산에 있다고 가정할 때, 서울과 부산에서 각각 물리량을 따로 측정하는 것보다 얽힘 상태를 서울과 부산에서 나누어 가진 후 두 개의 물리량을 동시에 측정한다면 정확도를 더욱 높일 수 있다. 이처럼 양자 센서를 이용하면 고전적인 센서로는 불가능했던 초정밀 측정이 가능할 것이라는 기대가 있는데, 이중 ‘분산형 양자센서’는 넓은 영역에 분산된 여러 개의 변수를 기존의 센서보다 높은 정밀도로 측정할 수 있는 시스템을 말한다. KIST 연구팀은 측정하고자 하는 대상이 넓은 영역에 분포된 상황에서 분산형 양자센싱 시스템을 이용하면 양자역학으로 도달할 수 있는 가장 높은 정밀도로 현상을 측정할 수 있다는 사실을 실험적으로 구현했다. 연구팀은 양자 얽힘 상태인 벨 상태로부터 서로 멀리 떨어져 있는 네 공간에 동시에 존재하는 중첩된 최대 얽힘 상태를 실험적으로 생성한 후, 이를 적용해 양자역학적 정밀도의 한계인 하이젠베르크 한계에 도달했다. 또한 측정하고자 하는 대상보다 광자의 개수가 작은 경우에도 분산형 양자센싱 네트워크를 구현할 수 있는 새로운 프로토콜을 제안하고, 이를 실험적으로 증명했다. 이러한 성과는 적은 자원으로도 공간적으로 분산된 여러 개의 물리량을 표준양자 한계보다 정밀하게 측정할 수 있는 프로토콜을 제안한 것으로서, 산업화를 위한 분산형 양자센싱 기술로 활용이 기대된다. 분산형 양자센서 시스템이 구현돼 복수의 위치에서 발생하는 종합적인 정보수집이 가능해지면 시각 동기화는 물론 초미세 암 발견 등의 진단, 배터리의 불량 측정, 지진 감지, 자기장 측정 등 지금까지와는 달리 새로운 분야에 폭넓게 활용할 수 있다. 가령 세포 간 거리를 서울-부산간 거리가 축소된 상황으로 생각한다면 이는 더욱 정밀한 초미세 암 발견 진단 등에 도움이 될 수 있다. 본 연구를 주도한 KIST 임향택 박사는“적은 자원으로도 표준 양자 한계를 뛰어넘는 측정이 가능한 분산형 양자센싱 핵심원천기술을 선점해 세계 시간 동기화, 초미세 암 발견 등의 실용적인 기술로 뻗어나가기를 기대한다”라고 밝혔다. KIST는 양자센서를 비롯한 양자응용분야에서 세계 최고 수준의 원천기술을 확보하고 산업계에 전파하기 위한 개방형 R&D사업을 수행하고 있으며, 제1저자인 홍성진 중앙대 교수를 비롯해 다양한 산‧학‧연 연구자들과 함께 연구 중이다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 지원을 받아 KIST 주요사업 (2E32241) 및 정보통신기획평가원(IITP) 양자센서핵심원천전략기술개발사업 (RS-2023-0022863) 등의 지원을 받아 수행된 이번 연구성과는 국제 학술지 「Nature Communications」 (IF : 16.6, JCR(%) 7.5 %) 에 1월 11일 게재*됐다. * 논문명 : Distributed quantum sensing of multiple phases with fewer photons [그림] 분산형 양자센싱 중앙부에서 양자 상태를 넓은 지역에 분산되어있는 각 노드로 전송하여 위상들의 평균값을 획득

- 적은 광자 수를 이용하여 분산된 다중변수를 측정하는 방법 구현 - 양자 현상을 이용해 고전 한계를 뛰어넘는 정확도의 분산형 양자센서 구현 누구나 경쟁이 치열한 콘서트 표 예매나 수강 신청을 앞두고 정확한 시각을 확인하고자 했던 경험이 한 번쯤은 있을 것이다. 만약 서울과 부산의 시간이 조금이라도 차이가 난다면 어느 한 곳은 다른 곳보다 예매나 수강 신청은 성공률이 떨어질 것이다. 멀리 떨어진 장소 사이의 정확한 시각을 공유하는 것은 금융, 통신, 보안 등 데이터 송수신의 정확도와 정밀도 향상이 필요한 우리 일상생활의 전 분야에서 그 중요성이 점점 커지고 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 양자정보연구단 임향택 박사팀이 중앙대학교, 한국표준과학연구원, 국방과학연구소, 미국 오크리지 국립연구소 등 국내외 유수 연구기관들과 협력해 적은 자원으로도 공간적으로 분산된 여러 개의 물리량을 표준 양자 한계를 뛰어넘는 높은 정밀도로 측정할 수 있는 분산형 양자센서를 구현하는데 성공했다고 밝혔다. 중첩, 얽힘 등의 양자현상을 이용하면 멀리 떨어진 두 공간의 서로 다른 시계의 시각을 더욱 정밀하게 측정할 수 있다. 마찬가지로 물리량이 하나는 서울에 있고 하나는 부산에 있다고 가정할 때, 서울과 부산에서 각각 물리량을 따로 측정하는 것보다 얽힘 상태를 서울과 부산에서 나누어 가진 후 두 개의 물리량을 동시에 측정한다면 정확도를 더욱 높일 수 있다. 이처럼 양자 센서를 이용하면 고전적인 센서로는 불가능했던 초정밀 측정이 가능할 것이라는 기대가 있는데, 이중 ‘분산형 양자센서’는 넓은 영역에 분산된 여러 개의 변수를 기존의 센서보다 높은 정밀도로 측정할 수 있는 시스템을 말한다. KIST 연구팀은 측정하고자 하는 대상이 넓은 영역에 분포된 상황에서 분산형 양자센싱 시스템을 이용하면 양자역학으로 도달할 수 있는 가장 높은 정밀도로 현상을 측정할 수 있다는 사실을 실험적으로 구현했다. 연구팀은 양자 얽힘 상태인 벨 상태로부터 서로 멀리 떨어져 있는 네 공간에 동시에 존재하는 중첩된 최대 얽힘 상태를 실험적으로 생성한 후, 이를 적용해 양자역학적 정밀도의 한계인 하이젠베르크 한계에 도달했다. 또한 측정하고자 하는 대상보다 광자의 개수가 작은 경우에도 분산형 양자센싱 네트워크를 구현할 수 있는 새로운 프로토콜을 제안하고, 이를 실험적으로 증명했다. 이러한 성과는 적은 자원으로도 공간적으로 분산된 여러 개의 물리량을 표준양자 한계보다 정밀하게 측정할 수 있는 프로토콜을 제안한 것으로서, 산업화를 위한 분산형 양자센싱 기술로 활용이 기대된다. 분산형 양자센서 시스템이 구현돼 복수의 위치에서 발생하는 종합적인 정보수집이 가능해지면 시각 동기화는 물론 초미세 암 발견 등의 진단, 배터리의 불량 측정, 지진 감지, 자기장 측정 등 지금까지와는 달리 새로운 분야에 폭넓게 활용할 수 있다. 가령 세포 간 거리를 서울-부산간 거리가 축소된 상황으로 생각한다면 이는 더욱 정밀한 초미세 암 발견 진단 등에 도움이 될 수 있다. 본 연구를 주도한 KIST 임향택 박사는“적은 자원으로도 표준 양자 한계를 뛰어넘는 측정이 가능한 분산형 양자센싱 핵심원천기술을 선점해 세계 시간 동기화, 초미세 암 발견 등의 실용적인 기술로 뻗어나가기를 기대한다”라고 밝혔다. KIST는 양자센서를 비롯한 양자응용분야에서 세계 최고 수준의 원천기술을 확보하고 산업계에 전파하기 위한 개방형 R&D사업을 수행하고 있으며, 제1저자인 홍성진 중앙대 교수를 비롯해 다양한 산‧학‧연 연구자들과 함께 연구 중이다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 지원을 받아 KIST 주요사업 (2E32241) 및 정보통신기획평가원(IITP) 양자센서핵심원천전략기술개발사업 (RS-2023-0022863) 등의 지원을 받아 수행된 이번 연구성과는 국제 학술지 「Nature Communications」 (IF : 16.6, JCR(%) 7.5 %) 에 1월 11일 게재*됐다. * 논문명 : Distributed quantum sensing of multiple phases with fewer photons [그림] 분산형 양자센싱 중앙부에서 양자 상태를 넓은 지역에 분산되어있는 각 노드로 전송하여 위상들의 평균값을 획득