결맞음 드브로이파 기초한 파동 양자센싱 사냑자이로스코프에 적용…해상도 획기적 개선
광주과학기술원(GIST·총장 김기선)은 함병승 전기전자컴퓨터공학부 교수(광양자정보처리센터장)가 드론 관성항법 등에 사용하는 자이로스코프 해상도를 최소 4배 더 획기적으로 개선할 수 있는 새로운 원리를 제안했다고 22일 밝혔다.
함 교수는 파동 양자광학 결과인 결맞음 드브로이파(CBW)를 사냑자이로스코포에 적용, 기존 사냑자이로스코프 해상도를 최소 4배 초월하는 퀀텀사냑자이로스코프를 동일 조건에서 구현할 수 있는 방법을 제시했다.
자이로스코프는 회전체의 역학적인 운동을 관찰하는 실험기구로 광섬유자이로가 대표적이다. 최근에는 미세전자기계시스템(MEMS)을 적용해 초소형 전자부품으로도 생산한다. 태블릿, 스마트폰 등 전자기기에 널리 사용하며 정보통신기술(ICT), 사물인터넷(IoT), 자동차와 같은 다양한 분야에서 중요한 역할을 한다.
현존하는 가장 좋은 자이로센서는 사냑 기반으로 수백㎡ 크기 링레이저 간섭계로 구성돼 있고 지구회전 오차한도를 일억분의 일 이상의 해상도로 측정할 수 있다. 보통 광섬유자이로스코프를 이용해 고해상도를 확보하며 드론·유도무기·잠수함 등 관성항법 핵심기술이다.
함 교수가 제안한 퀀텀자이로스코프란 기존 자이로스코프와 동일한 구조를 갖되 중첩 마하젠더 간섭계에 기초한 CBW 양자센서 기법을 적용, 각가속도 변화량을 양자기법으로 측정하는 물체의 회전변화율에 대한 양자센서를 말한다.
그는 기존 단일광자쌍에 기초한 양자센싱 기술과는 달리 레이저 빛을 그대로 적용해 기존 자이로스코프 해상도를 최대 4배 초과하는 거시 양자자이로 센서의 이론을 제시했다. 거시양자센싱이란 빛의 입자성에 기초한 기존 양자센싱과는 달리 빛의 파동성을 이용해 빛의 세기와는 무관하게 적용되는 새로운 양자센싱 원리로써 CBW 양자센서라고도 한다. 단일광자쌍에 기초한 기존 양자센싱 원리와는 달리 간섭계 위상중첩에 기초해 광자세기와는 무관하게 양자센싱을 확보하는 파동양자센서인 CBW 양자센서 원리를 최초로 규명한 것이다.
함 교수는 “기존 양자센싱은 다중포톤 얽힘쌍 확보가 미해결로 남아있어 양자센서 적용이 어려웠고 CBW 양자센서에 있어서는 간섭계 왕복 경로 채택으로 라이다와 같이 빛 반사에 기초한 단방향 적용이 어려웠다”며 “양방향 회전을 기본으로 하는 자이로스코프는 왕복 경로 간섭계가 자동적으로 구성되기 때문에 손쉽게 적용할 수 있다”고 말했다.
광주=김한식기자 hskim@etnews.com
