[기계신문] 국방과학연구소(ADD)가 양자역학적 원리를 이용해 광파와 마이크로파 간의 주파수를 양방향으로 변환하는 ‘자성체 기반의 양자 주파수 변환 기술’을 순수 국내 기술력으로 개발하는데 성공했다.
광파는 근적외선에 해당하는 파장으로 높은 주파수(THz 단위)의 전자기파, 마이크로파는 라디오파에 해당하는 파장으로 낮은 주파수(GHz 단위)의 전자기파를 의미하며, 이번 연구 성과는 미래 양자레이더의 마이크로파 활용 기반을 마련해 장거리 탐지 능력을 향상시킬 수 있는 핵심기술이다.
양자레이더는 고전적인 전자기파를 사용하는 기존의 레이더와 달리 얽힌 양자 상태를 이용함으로써 스텔스 물체와 같이 반사율이 매우 낮은 물체도 탐지 가능할 것으로 기대되는 미래의 신기술이다.
얽힌 양자 상태는 주로 광파를 이용해 생성된다. 하지만 광파는 공기 중에서 흡수되거나 산란이 잘 돼 장거리 탐지에 불리하므로 이를 마이크로파로 변환할 필요가 있다.
양자레이더 원천기술 개발의 첫걸음을 떼기 위해 ADD는 광파와 마이크로파 간 주파수의 양방향 변환이 가능한 핵심기술을 확보했다. 이를 위해 마이크로파가 흐르는 공진기 내부에서 빛과 자성체가 만나면 에너지 차이로 상호작용하며 빛의 파동, 즉 주파수가 변하는 현상을 이용했다.
ADD는 2018년부터 2021년까지 방위사업청의 핵심기술사업을 통해 주파수 변환의 설계 과정부터 실험 과정까지 독자적으로 연구했다. 특히 극저온 냉각 실험과 양자 광학 실험을 통해 상온뿐만 아니라 극저온(섭씨 영하 273도) 환경에서도 양자 주파수 변환이 가능함을 확인했다.
이번에 개발된 기술은 아직 기술 성숙도와 주파수 변환 효율이 매우 낮다. 하지만 양자 레이더 개발에 필요한 요소 기술을 실험적으로 구현했다는 데 의의가 있다.
자성체 기반의 양자 주파수 변환 기술은 양자레이더의 신호원뿐만 아니라 미래의 양자 네트워크로 구성된 다양한 혼합 무기체계 시스템에도 활용 가능할 것으로 기대된다.
국방과학연구소 관계자는 “향후 양자 주파수 변환 기술을 지속적으로 향상시켜 스텔스 탐지를 위한 양자레이더 기술 개발에 필요한 원천 기술을 지속 확보할 계획”이라고 밝혔다.
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