쌀알 크기 마이크로콤, 다중 밀리미터파 동시 생성으로 6G·양자 타이밍 응용 가능성 열어

마이크로콤이란 무엇인가

마이크로콤(microcomb)은 정밀하게 등간격으로 배열된 다수의 광 주파수 집합으로, 스펙트럼 형태가 빗살처럼 규칙적이다. 통상적으로는 레이저 빛을 마이크로레조네이터—칩 위에 빛을 가두고 순환시키는 초소형 구조물—에 주입해 생성한다. 이렇게 만든 광 주파수 스펙트럼은 전용 안테나를 통해 밀리미터파 전자기 신호로 변환할 수 있다.

이번 연구의 설계 방식

러프버러대학교 팀은 칩 내 마이크로레조네이터만 단독으로 사용하는 기존 방식과 달리, 칩과 별도의 광섬유 루프를 하나의 순환 경로로 통합했다. 레이저 빛이 칩과 루프를 지속적으로 반복 순환하면서 원하는 동작 상태가 자연스럽게 형성되고, 외부에서 진동이 가해져도 안정성이 유지된다. 실제로 연구팀은 시스템 옆에서 도약하는 방식으로 진동 내성을 실험적으로 확인했다고 밝혔다.

기존 연구들은 마이크로콤을 이용해 단일 밀리미터파 주파수 생성에 그쳤으나, 이번 시스템은 복수의 밀리미터파 주파수를 동시에 만들어낸다. 추가로 개별 주파수의 출력 세기를 독립적으로 조절하는 기능도 구현했다. 연구팀은 마이크로콤의 정밀도가 변환 이후 밀리미터파 신호에도 그대로 보존됨을 확인했는데, 이는 다채널 신호 제어가 실효성을 갖는다는 근거가 된다.

6G·레이더·분광학으로의 활용 기대

밀리미터파는 기존 주파수 대역보다 훨씬 넓은 대역폭을 제공해, 더 많은 데이터를 동시에 전송하기에 유리하다. 이러한 특성 때문에 6G 이동통신망의 핵심 기술로 거론되며, 레이더 시스템, 재료 분석을 위한 분광학, 천문 관측 기기 등 다양한 분야에서도 정밀 신호원으로 잠재력이 있다. 다만 연구팀 자신이 실제 시스템 적용까지는 극복해야 할 기술적 과제가 남아 있음을 명시했다는 점에서, 현 단계는 실험실 수준의 원리 검증으로 보는 것이 타당하다.

양자 정밀 타이밍과의 접점

이 연구의 또 다른 주목 지점은 양자 기술의 정밀 타이밍 분야와의 연결이다. 양자 기기들은 극도로 정확한 시각 동기화를 요구하는데, 마이크로콤이 제공하는 주파수 안정성이 이 요구 조건을 충족할 가능성이 있다. 현재 영국 국립물리연구소(National Physical Laboratory) 및 영국 양자 기반 위치·항법·타이밍 허브(QEPNT Hub)와 협력해 정밀 시계와의 비교 측정 및 항법·위치 결정 응용 탐색이 진행 중이다. 논문의 밀리미터파 안정성 측정은 Antonio Cutrona 박사가 주도했다.

소형화 및 위성 탑재 가능성

마이크로칩 자체는 쌀알 크기이지만 현재 전체 시스템은 실험실 탁상 규모다. 연구팀은 향후 신발 상자 수준으로 소형화하는 것을 목표로 삼고 있으며, 크기·무게·전력 소비가 엄격히 제한되는 위성 탑재 가능성도 검토 중이다.