암, 치매 등 인류의 건강수명을 위협하는 질병들과 코로나19 사태 등 새롭게 발생하는 치명적인 감염병들의 병인을 규명하고 치료법을 제시하기 위해 인공지능, 항암, 항바이러스, 감염, 미세먼지, 면역치료 등을 키워드로 생명과학과 의과학·의공학의 유기적인 공동연구를 수행하고 있는 지스트 연구센터의 이름은 무엇일까요?
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저희 팀은 공군사관학교의 이동민 생도, 박형준 생도, 유훈 교수님, 광주과학기술원(GIST)의 김상우 학생, 김유승 학생, 이태균 학생, 한국과학기술원(KAIST)의 장병주, 이덕영 멘토 최재윤 교수님이 함께 연구를 수행한 융합팀입니다. 각자의 전공 분야와 실험 경험을 바탕으로 팀워크를 이뤄내며 이번 챌린지에 임했습니다.
밀리테크 챌린지는 과학기술전문사관 후보생들이 사관학교 생도들과 함께 군사 기술의 연구개발 경험을 할 수 있도록 마련된 프로그램입니다. 국방 분야의 실제 기술적 문제를 해결해 보고 싶다는 열망이 컸기 때문에 참가하게 되었습니다. 특히 이번 주제는 양자 기술의 안정성을 확보하는 데 중점을 둔 연구로, 장차 실전 환경에서도 활용될 수 있는 시스템을 고안하는 데 큰 매력을 느꼈습니다.
저희는 ‘외부 섭동에 대해 견고한 위상 안정화 간섭계’를 개발했습니다. 이는 광격자 기반 양자 시뮬레이터에서 외부 환경 변화(예: 온도, 진동, 습도 등)로 인한 위상 불안정 문제를 해결하기 위한 시스템입니다. QPD 센서를 이용해 레이저 위치를 감지하고, PID 제어기를 통해 피드백 신호를 생성한 후, PZT를 통해 광학 경로를 실시간 보정하는 구조로 설계했습니다. 이 시스템은 x축 기준으로 301배, y축 기준으로 134배의 안정성을 확보하는 데 성공했습니다.
가장 큰 어려움은 외부 환경에서 발생하는 예측 불가능한 진동이나 온도 변화에 시스템이 민감하다는 점이었습니다. 이를 극복하기 위해 다양한 회로적 안정화 기법을 적용하고, Python 기반의 시뮬레이션을 통해 실험 설계 전부터 최적의 구조를 도출하려 노력했습니다. PID 튜닝을 위한 데이터 수집과 최적화도 쉽지 않았지만, Nelder-Mead 알고리즘을 활용해 반복 실험 끝에 최적의 파라미터를 찾아낼 수 있었습니다.
이번 프로젝트를 통해 실험 설계에서 회로 제작, 피드백 알고리즘 최적화, 시뮬레이션에 이르기까지 전반적인 연구 과정을 통합적으로 경험할 수 있었습니다. 특히, 실제 시스템이 외부 섭동에 어떻게 반응하는지를 정량적으로 분석하며, 이론과 실험을 연결하는 능력을 키울 수 있었던 점이 의미 있었습니다. 앞으로는 이 시스템을 진공 환경에서도 동작 가능하게 하고, 더 극한의 군사 환경에서도 활용될 수 있도록 연구를 확장해 나갈 계획입니다.
양자 기술은 향후 군사 전략, 보안 통신, 정밀 센서, 나아가 물류 및 전장 시뮬레이션에 이르기까지 매우 폭넓게 활용될 것으로 기대됩니다. 특히 양자 컴퓨팅은 기존의 연산 방식으로는 불가능한 복잡한 최적화 문제를 실시간으로 해결할 수 있어, 향후 전술 시뮬레이션 및 암호 해독 분야에서 게임체인저가 될 수 있습니다. 미국, NATO 등에서도 이를 미래전의 핵심 기술로 보고 대규모 투자를 진행하고 있다는 점에서 그 잠재성은 확실하다고 생각합니다.
도전적인 연구를 주저하지 마시고, 다양한 배경의 동료들과 함께할 수 있는 기회를 최대한 활용하시길 바랍니다. 밀리테크 챌린지와 같은 프로그램은 단순한 프로젝트를 넘어, 실제 사회와 국방 기술에 영향을 줄 수 있는 경험을 제공해 줍니다. 적극적으로 참여하신다면 분명 값진 성과와 성장의 기회를 얻으실 수 있을 겁니다.
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