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작성일 : 21-11-22 16:52
[뉴스] 韓 연구진, 세계에서 가장 정밀한 퀀텀 자이로스코프 이론 발표
 글쓴이 : 노닉
조회 : 4,532  


국내 연구진이 양자역학의 원리를 이용해 세계에서 가장 정밀한 자이로스코프를 만들어 냈다. 위성항법장치(GPS)나 스마트폰, 자율주행차, 사물인터넷 등의 위치확인 및 항법 장치 등에 보다 정밀하고 빠른 정보를 제공하는 데 활용될 수 있어 주목된다.

광주과학기술원(GIST·지스트)은 함병승 전기전자컴퓨터공학부 교수 연구팀이 파동 양자광학의 결과인 결맞음 드브로이파(CBW)를 사냑자이로스코포에 적용한 퀀텀자이로스코프 이론을 발표했다고 22일 밝혔다. 기존 사냑자이로스코프의 해상도를 최소 4배 초월하는 퀀텀사냑자이로스코프를 동일조건에서 구현할 수 있는 새로운 원리다.

자이로스코프는 무인비행, 유도무기, 잠수함, 우주선 등에 필수적인 관성 항행은 물론, 지구과학에 필수적인 측지학(geodesy)에 쓰이는 도구다. 회전체의 역학적인 운동을 관찰하는 실험기구로 광섬유자이로가 대표적이다. 최근에는 MEMS(미세전자기계시스템) 기술을 적용해 초소형 전자부품으로도 생산된다. 이는 태블릿, 스마트폰 등 전자기기에 널리 사용되며, 정보통신기술(ICT), 사물인터넷(IoT), 자동차와 같은 다양한 분야에서 중요한 역할을 한다.

현존하는 가장 좋은 자이로센서는 사냑(Sagnac) 기반으로 수백 제곱미터 크기의 링레이저 간섭계로 구성돼 있다. 지구회전 오차한도를 1억분의1 이상의 해상도로 측정할 수 있다. 보통 광섬유자이로스코프를 이용해 고해상도를 확보하는데 이는 드론, 유도무기, 잠수함 등에 있어 필수적인 관성항법의 핵심기술이다.

연구팀이 개발한 퀀텀자이로스코프란 기존 자이로스코프와 동일한 구조를 갖되 중첩 마하젠더 간섭계에 기초한 CBW 양자센서 기법을 적용해 각가속도 변화량을 양자기법으로 측정하는 물체의 회전변화율에 대한 양자센서를 말한다. 기존 단일광자쌍에 기초한 양자센싱 기술과는 달리 레이저 빛을 그대로 적용하여 기존 자이로스코프 해상도를 최대 4배 초과하는 거시 양자자이로 센서에 관한 것이다. '거시양자센싱'이란 빛의 입자성에 기초한 기존의 양자센싱과는 달리 빛의 파동성을 이용해 빛의 세기와는 무관하게 적용되는 새로운 양자센싱 원리로 CBW 양자센서라도도 한다. CBW 양자센서는 단일광자쌍에 기초한 기존의 양자센싱 원리와는 달리 간섭계의 위상중첩에 기초해 광자세기와는 무관하게 양자센싱을 확보하는 파동양자센서이며, 함병승 교수가 최초로 제안했다.



출처 : 해외 네티즌 반응 - 가생이닷컴https://www.gasengi.com


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도나201 21-11-22 17:00
   
헐................... 상용화까지는 시간이 걸릴지라도......

쉽게 이야기해서 ......  경사났네...........................~!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
사커좀비 21-11-22 17:33
   
문자는 세종대왕님이 창제하신 한글이로되...
당췌 무슨 말인지 모르겄어유~ ㅠ.ㅠ
     
도나201 21-11-22 17:49
   
쉽게 이야기해서.

비행기를 예로 들죠.

비행기가. 수평유지할려면.  그기준이 있어야 하는데.. 그기준을 잡는 수평계의 핵심장치가.
바로 자이로 스코프입니다.

자이로.... 뭐 줄로 우주모양에 수평잡는.. 거 장난감으로 가지고 노신기억이 잇을겁니다.
그원리로.. 즉, 수평계라고 이해하시는게 가장 빠를 겁니다.

이게 쓰임새가 많아서.
당장 k2 주포 안정화장치에.... 아직까지.. 이 자이로 스코프를  수입해서 쓰는 실정입니다.
100% 자이로 스코프를 수입하고 있다고 봐도 과언이 아니죠.

현재 프랑스제를 많이 쓰는데..    그첨이 바로 천마.  그리고  천궁 미사일  맨패드 등.
미사일자체 장비하고 있습니다.

이게 이제껏 개발하기 힘들었던 이유가...
바로 지구자전과 곡면율에 있어서 인데.

얼마전 콜롬비아 해궁의 발사오류 때문에 부랴부랴... 점검나선적이 있는데.
이게 자이로스코프 위도설정이 잘못되서 그런겁니다.

근데. 자이로스코프의 개발이 뒤쳐진것은 바로  얼마전에 개발된 원자시계의 개발로 인한 지구의 자전속도의 정확성이 높으면 높을수록.. 이 자이로스코프의 정확성이 높아져서.
정확도가 향상됩니다.

이제껏 자이로스코프가 ... 레이저 빛으로 두개를 쏴서 측정햇는데.
이제는 양자센서로 바뀌면서 그정확도가 올라갓다라는 이야기입니다.

이 양자 자이로스코프관련해서는  미국, 일본, 프랑스가 독보적인 상황이고, 그다음이  러시아 영국 정도만 갖고 있는 초일류급 기술입니다.
이스라엘 이야기하자면.. 이건 미국의 개발자들중에서 유대인들이 많아서.
nasa 관련 연구자들이 이스라엘에서 스타트업회사를 차례서 관련기술을 확보한 상황입니다.

현재 중국이 아직도 . 헤메는기술중 하나가 바로 이 자이로스코프기술입니다.


이게 워낙 쓰임새가 많아서..  솔직히. 사실상 100% 외국에 의존하던 부품중 하나였습니다.
그래서 이게 개발 되었다라는 것은.
이제 모든 무기의 기술자립화를 이뤄냈다라고 할만큼 대단한 기술입니다.

아마도... 탄도미사일체의 정확도..... 0.1미터 이하의 정확도로 꽂히는것 보고,
혹시나 했는데....

역시 개발성공해서.. 실증까지 했나보네요.
          
늑대Nirvana 21-11-22 17:59
   
도대체 모르는게 뭐요?
너무나 해박하시네 부럽습니다
          
가을전어 21-11-22 18:53
   
귀에 쏙쏙들어 오는군요..
말씀 감사합니다…
          
멍때린법사 21-11-22 18:55
   
아하.. 미사일 정확도가 높았던 이유의 비하인드에 그런 점도 있겠군요.
하지만 아직 실용화가 안되서.. 어렵지 않나? 당장 개발된 미사일들 양산중인데
해당 기술이 상용화가 어렵다는 이야기는 양산도 힘들다는 이야기 아닌지?
상용화가 힘들지만 수십 수백발 수준의 양산은 가능하다 그런 이야긴가?? 흠..
          
밀덕달봉 21-11-23 05:41
   
너무 오바 하신듯. 자이로스코프는 gps 없던 시절 보조수단으로 쓰던거임.
포병도 밀단위로 360도를 6400개로 쪼개서 쓰듯이 1밀만 나가도 탄착점이 엄청 틀어짐.
자리로스코프를 쓰면 그걸 일정 거리 시간별로 보정해줘야 하고 그래도 정확도는 gps를 절대 따라가지 못함.
그걸 양자화해서 좀더 정밀하게 한다고 해도 주는 gps임.
요새 gps는 지상 장비 설치해서 조금더 정밀하게 보정해주는 기술이 들어와서 우리나라도 국산화 한걸암.
그래서 한국형 gps자신있게 하려는거고, 물론 적의 공격으로 갑자기 우리gps위성이나 미국의 gps서비스가 멈추면 이걸로 이용해서 정확도는 떨어져도 대략아는 곳으론 공격할 수 있다는것이지.
이건 보조수단일뿐 주로 쓰는 건 gps같은 위성기반 시스템들임.
그리고, 현재는 위성발사로 이미 디지털 지도가 정밀하게 만들어졌고, ins등 기술 발달과 ai등의 기술 발달로 어느정도 사물및 인물을 저격내지는 광범위한 공격 명령내리면 미슬이 광학정보와 자체레이더로 지형 훑으면서 날라가기 때문에 이게 가격적으로 얼마나 매력적일 진 모르겠음.
현재 나오는 정찰 포탄내지는 드론들의 기능들만 봐도 다 훑고 실시간으로 정보주면 포병대에서나 탄도미슬 부대에서 바로바로 타격 가능한 시대라 자이로 스코프 쓰임 자체가 예전보다 많은 줄어든 것도 있고.
               
도나201 21-11-23 15:54
   
예 님 말씀대로 상당부분 맞고 gps를통한 위치보정과정도 맞습니다.
그런데..  자이로 스코프 가 칩으로 되는 경우도 많고,
아직도 전투기에는 아날로그식 자이로 스코프가 있고,
gps 에... 연결되도. 그에 따른 자이로스코프는 여전히 작동되는데..
이게 칩으로 많이 변형되는 과정입니다.  거기에 보정작업에는 .
예전처럼 자이로스코프가. 아날로그형식의 형태가 아닌 그냥 칩으로 존재하게됩니다.

가장 일상생활에서 보이는게..... 바로 ... 핸드폰의 나침판.
그리고 스마트폰 돌렸을때 화면 이동등.... 이게 자이로스코프를 칩으로 한 상황이죠.

뭐 이걸 sw화해서 gps와 연결된 과정인데.

즉, 현재 위치의 기준점이 되는 것이 자이로스코프라고 생각하시는게 가장 쉬울겁니다.
위에 사례역시 일부분만을 내방식대로 쉽게 이해하기 위해서 내놓은 이야기입니다.

그리고 자이로스코프에 관련한 부분은 줄어든게 아니라.. 칩셋화해서.
이부품에 관한 것은 거의 100%가까이 수입하고 있는 실정이죠.

신궁이 아직도 국산화 100%가 아닌 이유가 바로 이 칩셋에대해서 수입품을 쓰고 있어서 입니다..

사실상 핵심부품이죠. 열추적미사일과 단거릴지대공미사일에는 필수적인 부품이기도 하고,

탄도체 역시  마찬가지입니다. 

이제는 쓰임자체가.. 오히려 무궁무진해지는 상황이라서.
자율화 운행... 지상, 항공, 해상등...... 무인기관련 및 uav 의 수송수단으로서는
꼭필요한 부품으로 등극하게됩니다.

특히 무인기 집단군집체 운행에 관해서도.. 절대적 핵심부품이기도 하고,

님께서... 주는 gps 라고 하는데 반은 맞고 반은 틀림니다. .... ㅡ . ㅡ.

쉽겡 이야기해서.
혹시 토지측량을 해보시는 경우.... 특히 평판측량. 하는 경우를 보셨을지 모르겠는데..

지금이야 레이저측량으로 통한 측량이지만,

예전에 평판에... 기준점을 잡는데  밑에... 무게추를 내리면서. 기준점을 잡는것을 보신적이 있는지 모르겟습니다.

사실 이 시스템하고 똑같습니다. 

평판측량할때.... 기준점을 잡는 무게추 역활을 하는게 자이로 스코프입니다.
gps 는... 저기 측량점이 되는 측량 폴대라고 보시면 되고,
어차피 gps 삼각측량법과 동일하는데...... 

이렇게 거리를 측량하면... 2차원 단거리라면. 어느정도 보정값이 작은데.
이게 거리가 늘어나게 되면.  특히 25km 이상 측량거리가 늘어나면.

지구의 자전속도 와 곡면율에 대한 영향을 지대하게 받게 됩니다.

쉽게 이야기해서 수평선너머 관측을 할 경우가 기준이죠.
시계적으로 지구의 곡면에 따라서 수평선넘어는 거리측량 길이는 지구의 곡면율에.. 영향을 받지 않을수 없습니다. 
또 그에 따른 지구의 자전속도도 마찬가지고 
지구위도에 따른 나침반의 이형적위치변경문제도 영향을 받습니다.
이건 북극점가까이 갈수록 나침반의 오차에 관해서 보면 쉽게 이해가 갈겁니다.
그래서 이런 나침반의 값을 보정해주어야 합니다.

이런 잡다구리한 문제가 몇가지 있는데.

우리나라가 얼마전에 원자시계를 개발했죠.  뭐 항간에는 세계에서 손꼽히는 정확도를 지닌것으로 알려져 있는데.
이원자시계가 중요한 이유가 바로 이 자이로스코프개발에 상당히 지대한 영향을 미치기 때문입니다. 
바로 지구자전시간을 정확히 계측해서  지구자전속도를 알수 있다라는 것이죠.

한마디로 말해서 gps 와 자이로스코프 는 마치 동전의 양면과 같은 상황이기에.
한쪽이 없다면. 동전으로서 구실을 못하는상황입니다.
gps의 발전은 자이로스코프의 발전없이는 발전할수 없는 상황이고,
마치 기차의 레일처럼 둘이 공존하면서 . 갈수밖에 없는 구조입니다.

그러기에 이게 의미하는바가 엄청나게 크다라는 것이죠.
항공, 우주개발,  자율화 운영오차(현재 시중에나와있는 것 오차율 5미터) 

하지만 저게 상용화되서 적용되는 순간,  5미터의 오차가.... 0.2미터 이하로 줄어들게 됩니다.  (현재 군사gps 가. 일반에 공개된 기술의 정확도가. 20cm 입니다. 아마도 이보다는 휠씬 적은 정확도를 가지겟죠  앞으로 일반인이 이 오차율을 경험하고 지식상으로 아는 경우는 30년후에나 가능할듯....ㅡ.ㅡ)

정확도가 높은 .... 자이로 스코프가 나왔다라는 것은.
평판측량에서  기준무게추가 흔들리지 않고 무게가 더나가고,  끝단이 더 뾰족해진다라는 것을 의미하는 것입니다.
          
사커좀비 21-11-23 13:39
   
도나님!! 정성스런 댓글 감사드려요...ㅎㅎ
개떡같은 댓글에 이런 친절한 설명이라니... 무한 감동입니다..ㅎㅎ
nigma 21-11-22 19:07
   
흠, 그런데 저런건 기밀로 하지 않나요?
미국도 사실 저런기술개발이나 논문 있더라도 내부논문으로처리하고 공개 안하는 것도 많은 것으로 아는데...
     
도나201 21-11-23 16:09
   
그건 군사용gps 경우에나 그렇고,

nasa 나 일반 우주개발에서는 상당한 논문이공개됩니다.
특히 양자컴퓨터 관련해서 양자물리학의 논문은 일반에많이 공개됩니다.