NSF, 미시간대 QuPID에 400만 달러…GPS 불필요 양자광자 칩 설계 2단계 돌입

무슨 일이 있었나

NSF NQVL 프로그램은 파일럿(1단계, 약 100만 달러)→설계(2단계, 약 400만 달러, 2년)→구현(3단계, 최대 5,000만 달러·최장 5년)의 단계별 경쟁 구조로 운영된다. QuPID는 1단계를 성공적으로 완료한 뒤 이번에 2단계 설계 과제 수행 팀으로 선정됐으며, NSF가 올해 새로 5개 팀을 추가 선정함에 따라 전국 활성 NQVL 설계 프로젝트 수는 총 9개로 늘었다. 미시간대학교 전기컴퓨터공학과 Mackillo Kira 교수가 프로젝트를 이끌며, 오하이오주립대(OSU)는 QuPID에 참여함과 동시에 분산 얽힘 기반 화학 특성 양자 센싱 프로젝트(DQS-CP)를 독자 리드해 동일하게 400만 달러를 별도로 확보했다.

출처별 강조점·차이

두 출처 모두 사업 구조와 컨소시엄 구성을 상세히 소개했지만 기술 세부 사항에서 차이가 두드러진다. Quantum Computing Report는 1단계에서 새롭게 발굴한 소재인 **스칸듐알루미늄질화물(ScAlN)**을 핵심 차별점으로 집중 조명했다. 이 강유전체-3족 질화물 계열 소재는 기존 실리콘 마이크로전자 공정과 직접 통합 가능하면서 기존 양자 기판보다 우수한 특성을 보이며, 적외선 이하부터 심자외선에 이르는 초광대역 스펙트럼을 처리하는 양자 광자 집적회로(Q-PIC) 구현의 토대가 된다. 또한 온칩 압착광(squeezed light) 성능을 현재 3 dB에서 2단계 목표치 5 dB, 장기 목표 15 dB로 단계적으로 개선한다는 구체적 수치를 제시했다. The Quantum Insider는 이보다 NSF 프로그램의 인력 양성 기능과 OSU의 독립 프로젝트 DQS-CP, 그리고 2023년 노벨상 수상자 Pierre Agostini 교수의 역할을 부각했다.

응용 목표에 대해서도 Quantum Computing Report는 양자 관성 항법 시스템과 아토초 카메라 두 가지를 명확히 구분해 서술했고, The Quantum Insider는 GPS 불필요 항법에 더 방점을 찍으며 달 표면·화성 탐사 같은 미래 우주 응용 시나리오를 구체적으로 열거했다.

기술적 맥락

압착광은 하이젠베르크 불확정성 원리가 허용하는 범위 내에서 측정 잡음을 한쪽 성분에 집중시켜 다른 성분의 정밀도를 고전적 한계 이하로 낮추는 양자 자원이다($\Delta X_1\cdot \Delta X_2\ge \frac{1}{4}$). 이를 칩 위에 집적하는 것이 실험실 수준의 정밀도를 현장 장비 크기로 이식하는 핵심 병목이며, ScAlN 기반 Q-PIC는 이 문제에 대한 소재 수준의 해법으로 제시된다. OSU 연구진이 보유한 아토초($10^{-18}$초) 계측 기술은 전자 이동과 화학 반응처럼 극단적으로 짧은 시간 척도의 현상을 분석하는 양자 카메라 응용으로 연결된다.

의미와 전망

컨소시엄은 퍼듀·하버드·스탠퍼드·콜로라도·서던캘리포니아대 등 학술 기관, Honeywell·GM·Toyota·Raytheon 등 산업계, 공군연구소(AFRL)·NASA 글렌 연구센터 등 정부 기관, 독일 레겐스부르크대·캐나다 폴리테크니크 몽레알 등 국제 파트너를 망라한다. 방위·자동차·우주항공 분야를 동시에 겨냥한 파트너 구성은 향후 상용화 경로를 다층적으로 열어 두겠다는 의도로 읽힌다. 다만 두 출처 모두 지적하듯, QuPID는 현재 어디까지나 설계 검증 단계에 있으며 2028년 핵심 성능 기준을 충족해야 3단계 경쟁 자격이 주어진다. ScAlN의 대량 공정 적합성과 15 dB 압착광 목표치 달성 가능성은 여전히 검증이 필요한 과제로 남아 있다.