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[포럼] 미래 달린 양자과학, 인재확보 화급하다

2022.05.30. 디지털타임스

정현희 한국연구재단 수석연구위원

교류 전기의 발견자이자 원격 제어와 비동기 모터의 발명가인 니콜라 테슬라는 우리의 기술 발전 범위를 넘어 보이지 않고 무한한 전기의 원천이 존재한다고 제안한 최초의 과학자 중 한 명이었다. 유명한 물리학자 스티븐 호킹은 우주 기원의 중성미자(소립자의 일종)가 인류 진보의 역사를 영원히 종식시킬수 있게 위협적으로 다가오는 에너지 위기를 벗어날 수 있는 인류의 유일한 희망이라고 제안했다.

과학자들은 지구 표면의 1㎠를 통해 초당 약 600억개가 통과하는 중성미자 입자들이 지구상에 남아있는 모든 화석 연료를 합친 것보다 더 많은 에너지를 가지고 있다고 믿고 있다.

또한 중성미자 에너지를 전기로 바꾸는 문제를 해결하면 깨끗하고 재생 가능한 에너지를 무제한으로 이용할 수 있을 것으로 보고 있다. 지난 2008년 독일과 미국 중성미자 에너지 그룹을 통해 지식과 강력한 재정적 지원을 결합한 중성미자 연구에서 양국(현재는 다국적) 과학자들의 협력은 중성미자를 사용해 에너지를 생성하는 도구의 개발을 이끌었다.

그 회사(Nutrino Energy Group)는 이제 '뉴트리노 파워 큐브'라고 불리는 가정용 전원을 공급하기 위한 장치를 개발했다. 현재 이 장치는 시제품이 제작되어 7kWh의 전력을 생산하며 이중 최대 2kWh의 전력을 내부에 사용한다. 즉, 무한한 우주의 입자 자원을 이용한 친환경, 무공해 전기 생산이 가능할 것으로 보인다. 또한 분산형으로 에너지 소비 장소에 직접 설치할 수 있어서 전력 손실이 없는 것도 특징이며, 수년 내에 가전(Pi Energy)과 전기자동차(Car Pi)에 활용코자 개발을 계속하고 있는 상황이다.

한편으론 일본에서 발표된 논문에 의하면 뮤온가속기를 통한 생물학적 이용으로 단백질 내의 전자확산 추적 및 뮤온의 정지 지점 측정, 생체 거대 분자의 모니터링을 통한 저산소증 치료, 치매원인 규명 등 우리의 건강 증진을 위한 획기적인 치료법 등을 찾아내고 있다. 뮤온 또한 우주기원의 입자로 소립자 중 하나이다.

그런데, 이러한 양자의 세계는 현재의 나노보다 더 작은 시공간(피코 또는 펨토로 나노의 1000분의 1, 100만분의 1)을 상대로 연구와 기술 개발을 수행하는 특성을 갖고 있다. 언젠가 우리나라의 저명한 물리학자에게 우리나라의 양자 물리학(과학)이 활성화 되지 않는 이유에 대해 질문한 적이 있었다. 첫째는 어렵다는 것이고, 둘째는 연구비 확보도 어려우며, 셋째는 논문 게재 및 실적이 어려워 승진 등 여러 가지 불이익이 있다는 것이었다. 피부와 와 닿는 이야기였다. 그렇다면 이러한 상태로 주저앉아 있어야 할 것인가?

선진국들은 각기 자기에 맞은 양자과학 영역을 연구개발하며 워낙 비용과 시간이 소비 되기에 산업과 연계되는 전략을 갖고 진행하고 있다. 앞의 예에서도 보듯이 그들은 벌써 실용화, 산업화라는 부분까지 다가서고 있는 현실이다. 언젠가 일본의 국가 양자과학 기본계획 자료를 보면서 뇌리를 스쳐간 내용이 잊혀지지 않는다. 지금까지는 어깨 너머로 복제하여 잘 따라올 수 있었겠지만 이제는 더 이상 그럴 수가 없고, 과학기술도 주류와 비주류로 구분될 수밖에 없다는 내용이었다.

양자과학의 실험은 가속기 등 장치 과학에 의존하는 비중이 상당히 높다. 한 예로, 우리나라 중성자가속기는 수립 계획 확정부터 13년이 지나가고 있지만 아직도 완공을 못하고 있다. 완공 후 가동이 된다 하더라도 안정적 운영을 위해 몇 년 정도의 기간 등 적어도 15년 이상은 필요할 것이라 생각된다. 우리가 준비하고 추격하는 사이에 우리가 어깨 너머로 보고 왔던 나라들은 추격이 어려울 만큼 멀리 가 있을 것이다.

무한한 가능성이 있는 양자과학에 대하여 우리나라도 양자컴퓨터를 중심으로 진행해 오다가 새로 시작되는 정부에서 그 범위를 넓혀 진행할 예정이다. 즉, 양자기술 강국을 위한 기술과 산업기반 조성을 목표로 선도 전략과 기술의 확보 및 양자생태계 조성, 관련 산업의 활성화 등이다.

양자과학 발전을 위한 각종 정책과 전략도 중요하지만 많은 우수한 인재가 이 분야로 진학하고 직업을 가질 수 있는 생태계를 조성하는 것도 중요하다고 생각한다. 어려워도 해야 하므로 원하는 자는 누구든 양자 관련 대학과 대학원을 진학할 수 있고, 이 분야의 연구자에 대한 연구비는 경쟁없이 원하는 자에게 모두 주어야 할 것이며, 논문 실적에 기반한 승진의 기회도 파격적으로 보장돼야 할 것이다.