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1. 개요
양자 레이더[(量子--), Quantum radar]는 광자(양자)[1] 자체를 송수신하는 기술을 다루는 장치이다.2. 특성
러시아에서 개발한 기술실증용 프로토타입 광자레이더 안테나
양자 레이더는 탐지된 물체의 위치, 레이더 단면적, 속도, 방향 및 기타 특성을 파악할 수 있고, 탐지 수단인 얽힘 상태 광자를 변경하거나 복제하려고 시도할 경우 레이더에서 이를 탐지할 수 있기 때문에 양자 레이더를 기만하려는 시도도 쉽게 알 수 있다.
미국에서 B-2 스텔스 폭격기와 새 같은 저피탐 표적들을 시험용 양자레이더로 탐지한 모습
양자레이더는 반사도가 낮아 기존 레이더에 탐지되지 않는 물체도 탐지할 수 있어 막강한 스텔스 기술을 무력화시킬 수 있다. 이러한 이유로 양자레이더는 스텔스 기술을 보유하지 못한 국가들에게 큰 관심을 받고 있다. 또한, 양자레이더는 데이터의 송수신이 주변 환경에 큰 영향을 받는 전자기파 레이더에 비해 주변 환경의 영향을 크게 받지 않아 상대적으로 우수한 표적 탐색능력을 지니며, 타 기종 레이더 시스템과의 간섭문제 또한 현저히 감소된다는 장점이 있다. 양자레이더의 응용 범위는 우주까지 확대될 수 있다. 우주 진공상태에서 초고속으로 이동하는 각종 우주 파편 및 쓰레기들은 양자레이더 활용 시 매우 효과적으로 추적·탐색이 가능하며 이는 우주 정거장, 인공위성 등과 같은 각종 우주 구조물들의 생존성을 높일 수 있다. 현대전에서 인공위성의 중요성을 생각한다면 양자레이더가 주요 전략적 자산으로 활용될 수 있음을 알 수 있다. 양자레이더의 우주 활용성에 주목하는 또 다른 이유는 지상에서의 기술 실용화에 가장 큰 걸림돌인 ‘결 어긋남(Decoherence) 현상’이 우주에서는 거의 발생 되지 않는다는 특징이 있기 때문이다. 이로 인해 양자레이더는 학계와 전문가들의 큰 관심과 기대를 받고 있으며 관련 연구들이 진행 중이다.#
다만 현재 개발된 양자 레이더들은 기술적인 복잡성 때문에 탐지 거리가 짧아서 군사용으로 사용할 수준은 아직 아니다. 러시아의 국립전파연구소 소장 블라디미르 세브첸코 박사는 양자 레이더로 미군 스텔스기 탐지 같은 군사용 장비 소문이 퍼져있지만 실제로는 신체를 스캔하는 의료기기나 장비 3D 스켄 같은 비파괴장비 등 민간용 레이더가 먼저 개발되어 상용화 될것이라고 2022년 인터뷰에서 전망했다.#
3. 대한민국의 개발 역사 및 인재 양성
국방과학연구소(ADD)는 2019년 7월 4일, 연구소 국방첨단기술연구원에서 첨단 레이더 체계의 핵심인 양자레이더 및 광자레이더 개발과제의 착수회의를 개최했다고 밝혔다.#2020년 8월, 충남 태안 국방과학연구소 안흥시험장에서 열린 국방과학연구소 창설 50주년 기념 언론공개회 및 합동시연장에서 양자 레이다 요소 기술을 선보였다.
2022년 4월 5일, 국방과학연구소는 일반 레이더에는 쉽게 포착되지 않는 스텔스 전투기를 탐지할 수 있는 양자레이더에 쓰일 핵심 기술을 개발했다고 밝혔다. 이번에 개발된 기술은 양자역학적 원리를 이용, 광파(빛의 파동)와 마이크로파 간의 주파수를 양방향으로 변환하는 자성체 기반의 양자 주파수 변환기술이다.#
2022년 9월, 국방과학연구소에서 양자원격탐지를 위한 2단계 연구개발을 진행하고 있다.
2022년 9월, 과학기술정보통신부는 한미 양자기술 협력센터를 개소하였다.#
2023년 2월, 한국과학기술원(KAIST)는 세계 최고 수준의 양자기술을 선도하고 차세대 원천기술 및 국가 경쟁력 확보를 목표로 양자 대학원을 설립했다.# 국내 양자기술 분야 인재를 육성하는 곳으론 고려대 주관하에 경희대학교, 광주과학기술원(GIST), 한국과학기술연구원(KIST), 한국표준과학연구원(KRISS), 삼성 SDS 연구소 등 산학연이 협업하고 있는 양자사피엔스인재양성센터가 있지만, 각 대학끼리 학점을 교류하는 식이다. 온전히 전체 학점을 주고 체계적인 학사과정을 운영하는 체제는 카이스트가 최초이다.#
2023년 3월 10일, 한국표준과학연구원이 과학기술정보통신부 양자 국가기술전략센터로 공식 지정되었다.#
2023년 2분기에는 국방기술진흥연구소의 '국방 양자 컴퓨팅 & 센싱 기술 특화연구센터'에서 양자 연구를 목표로 2023년부터 2029년까지(예정) 예산과 과제를 배정하고 공고하였다. 다만 연구센터 사정에 따라 예산과 기간의 변동은 가능하다.
2023년 6월, 대한민국 정부는 양자 시대를 여는데 집중하고 있다. 이에 따라 기초연구와 산업·응용에 정부가 2조4000억원, 민간이 6000억원을 투자할 방침이다. 양자 분야를 ‘12대 국가전략기술’ 중 하나로 선정하고 양자법 제정도 추진하고 있다. 국방 양자 특화 연구실·센터를 2025년까지 3곳 설립할 계획이라고 하였다.#
2023년 10월, 양자과학기술 및 양자산업 육성에 관한 법률이 국회에서 통과되었다.
2023년 11월, 과학기술정보통신부는 미주권역에 이어 유럽권역에 두 번째 양자과학기술 협력거점센터 개소하였다.#
2024년 1월, 한국표준과학연구원(KRISS)에 국방양자센터(국방 양자 컴퓨팅&센싱 기술 특화연구센터)가 문을 연다. 방위사업청과 국방기술진흥연구소는 1월 23일 오후 표준과학연구원 본관에서 특화연구센터 개소식을 개최했다.#
2024년 6월, 과학기술정보통신부는 국방부와 양자과학기술의 빠른 개발과 국방분야 적용·확산을 지원하기 위해 부처간 연계와 협력 체계를 구축할 목적으로 '민관군 양자정보협의회'를 27일 출범했다.#
3.1. 정책 현황
- 2021년 4월 - 양자기술 연구개발 투자전략
- 2022년 10월 - 12대 국가 전략기술 지정
- 2022년 12월 - 양자기술 로드맵 / 양자 전문인력 확보 방안
- 2023년 6월 - 대한민국 양자과학기술 전략
- 2023년 10월 - 양자과학기술 및 양자산업 육성에 관한 법률 제정
- 2024년 4월 - 퀀텀 이니셔티브 발표
3.1.1. 법률
- 정보통신 진흥 및 융합 활성화 등에 관한 특별법 - 양자 산업의 체계적인 육성과 활성화 기반.
- 국가첨단전략산업 경쟁력 강화 및 육성에 관한 특별 조치법(국가첨단전략산업법)
- 국가전략기술육성에 관한 특별법(국가전략기술육성법)
- 양자기술 및 양자산업 집중 육성에 관한 법률안(양자기술촉진법안)
3.1.2. 관련 보고서
- 국가안보전략연구원 - 양자과학기술의 국가안보적 의미와 대응전략(전략보고239호, 2023-12-12)
4. 국외 현황
4.1. 미국
미 록히드마틴사는 2008년 스텔스 비행체의 원격탐지를 위한 양자 레이더 관련 특허를 공개했고, MIT의 세스 로이드는 스텔스 물체와 같은 저반사체 탐지를 위한 혁신적인 양자 조명이론을 제시했다.#미국 로체스터대학 광학연구소가 2012년 자국 국방부의 지원을 받아 전파 교란을 차단할 수 있는 양자레이더를 연구·개발하는데 성공했다.#
미국은 차세대 핵심·신흥기술인 양자과학기술 분야의 주도권 유지를 위해 2018년 세계 최초로 국가차원의 양자연구집중지원법(The National Quantum Initiative (NQI) Act)을 공표했다. 법안 내용은 양자컴퓨팅, 양자통신, 양자센서를 포괄하는 종합 연구 지원하는 프로그램으로, 범정부적 양자과학기술 거버넌스 추진체계를 구성하고 연구센터 설립과 연계 지원 법률 등을 명시하고 있다. 양자연구 관련 백악관 직속 '국가양자조정실(NQCO)' 신설 및 산·학·연·관 협력을 위해 초기 5년간 12억달러(1조 4600억 원)를 투자하도록 규정되었다.
NQI의 연구개발(R&D) 예산은 양자과학기술과 관련된 6가지 핵심 목표를 위해 투자되고 있다. (1. 기초과학 지원, 2. 관련분야 인력 양성, 3. 산업계와의 긴밀한 연결, 4. 핵심 인프라 제공, 5. 국가 안보와 경제성장 유지, 6. 국제 협력 증진)
Reauthorized NQI Act(NQI 재승인, 2023 발의)에서는 산업계 지원, 인력양성, 국제협력, 응용개발지원 확대를 골자로 법이 개정되었다. 2019년부터 2023년까지 37억달러(5조원)가 투자되었다.
DARPA에서는 양자 레이다 관련 여러 과제가 진행 중이거나 계획 중 인것으로 보이지만, 과제 내용이 공개되지 않았다.
4.2. 러시아
러시아 정부에선 국가 R&D 사업 중 하나로 양자 레이더를 선정했으며, 2015년 연구를 시작해 2019년에 시제품을 완성해 UAV 같은 저피탐 표적 추적을 성공하는등 기술 실증 단계이다.#4.3. 캐나다
캐나다 정부에선 2025년까지 기존 방공망 레이더 대체 후보의 하나로 양자 레이더를 고려 중이다. 이를 위한 기초연구로 우선 약 30억원을 투자, 얽힌 양자 관련 연구를 진행하고 있다.#4.4. 이탈리아
이탈리아 INRIM는 얽힌 양자 광원을 이용한 양자조명실험을 수행 중이며, CNIT는 2019년 9월 이중대역(dual-band) 광자레이다 응용연구를 완료하고 항공기 표적을 대상으로 광자 레이더 야외 성능시험(탐지거리 5km 이내)을 수행하였다.4.5. 프랑스
2023년 6월, 프랑스 CNRS에서 고전 레이더를 능가할 수 있다고 주장하였다.#4.6. 오스트리아
오스트리아과학기술원의 다국적 연구진은 2020년 노이즈가 심한 환경에서도 얽힌 마이크로파 광자를 활용해 레이더의 성능을 크게 향상시키는 새로운 유형의 탐지 기술을 개발하고 시제품까지 제작했다.#4.7. 중국
2016년, 중국 전자과기집단공사(제 14연구소)는 연구 제작한 양자레이더는 실제 대기환경에서 목표물 탐지 테스트를 실시한 결과 탐측거리는 100km급에 달했으며, 탐측 정밀도도 재래식 레이더보다 월등히 높은 수준이었다. 이는 중국 양자레이더 연구 방면에서 거둔 중대한 성과라고 매체는 전했다.#2018년 중국 전자 기술 그룹(CETC)은 주하이 에어쇼에서 중국 최초의 단일 광자 탐지 양자 레이더 원형을 출시했다.
이후 2020년에는 기존 기술을 한 단계 발전시켜 수백 km 떨어져 있는 목표물을 탐지할 수 있다고 발표하였다.#
2021년 중국이 소형 전자기폭풍(EMW)을 일으켜 스텔스기까지 탐지하는 이른바 ‘양자 레이더(quantum radar)’를 개발해 냈다고 발표하면서 거센 논란을 불러 일으키고 있다. 중국 칭화대 연구진은 최근 발표 논문에서 인공장치로 발생시킨 전자기 폭풍 속 양자 입자가 스텔스기에 부딪힌 후 반사되면서 스텔스기를 탐지할 가능성을 높였다고 밝혔다. 또 이미 이를 완전한 규모의 장비로 만들기 위한 제작사를 찾고 있다는 사우스차이나모닝포스트(SCMP) 보도가 나왔을 정도다. 많은 서방 레이더 전문가들은 지난달 30일자 중국계 ‘저널오브레이더(Journal of Radars)’에 실린 이 양자레이더 연구 결과 타당성에 이의를 제기하고 있다. 중국이 기술적으로 앞서 가고 있다는 것을 과시하기 위해 허세를 부려 개발 성과를 과장한 것일 수 있다는 지적까지 나오고 있다.#
2021년, 중국의 언론은 방공 분야에서 최대 탐지 범위는 800km이며 미국의 F22와 같은 스텔스 항공기를 탐지할 수 있으며 동시에 중국의 양자 레이더는 수중 잠수함도 탐지할 수 있다고 했다.(출처:바이두-비익점통) 하지만 이런 보도도 개발 성과를 과장해서 보도했을 가능성이 크다.
양자혁신연구소를 설립한 중국이 양자 기술의 엄청난 속도로 혁신을 이루고 있다. 판젠웨이가 양자통신의 혁신을 주도해 위성 통신은 물론, 중국 전역에 양자통신망을 구축하고 있고, 2024년도에는 중국 최초 500큐비트 이상 초전도 양자컴퓨팅 칩 '샤오홍'이 납품되었다.#
5. 외부 링크
정부 지원 양자 대학원[1] 양자(量子, quantum)는 사전적으로 정의하면 더 이상 나눌 수 없는 에너지의 최소량의 단위이다. 간혹 양자(陽子, proton, 양성자)와 헷갈려 하지만, 서로 다른 단어다.