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[김정호의 4차혁명 오딧세이] 올해 노벨물리학상 제라르 무루 교수와의 추억

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나의 지도 교수, 그리고 올해 노밸물리학상 수상자 제라르 무루 교수

올해 노벨 물리학상 수상자로 아서 애슈킨 미국 벨연구소 박사, 제라르 무루 프랑스 에콜폴리테크니크 교수, 도나 스트리클런드 캐나다 워털루대 교수가 선정됐다. 이 소식을 접하고 나는 깜짝 놀랐다.

공동 수상자 가운데 한 사람인 제라르 무루(Gerard Mourou) 교수가 바로 필자의 박사학위 지도 교수이기 때문이다. 약 10년 전부터 후보라는 소식은 들었으나 막상 발표되고 나니 한편 놀라기도 하고, 또한 반갑고 영광스럽기도 하다. 약 30년 전의 추억이 떠올랐다. 

      김정호 KAIST 교수

제라르 무루 교수 팀은 극초단 펄스 레이저를 처음 개발하고 그 용용 분야를 개척했다. 그 팀이 개발한 레이저는 매우 짧은 시간을 갖는 펼스(Pulse) 레이저인데, 그 펄스의 크기가 팸토초 정도의 시간 단위의 크기이다. 그 레이저 펄스의 주기는 약 100MHz 정도 인데 그 이유는 레이저 공진기 거울간의 거리를 빛이 왕복하는 시간이 결정하기 때문이다. 레이저 펄스의 크기가 팸토초 크기라면, 그 시간은 놀랍게도 1000 조 분이 1초이다. 그 짧은 시간은 자연계에 존재하는 한계 시간이고 거의 ‘0’ 의 시간이라도 할 수 있다. 대부분의 자연계 현상이 정지한 시간이다.

그 펨토초 시간은 빛이 광속으로 전파하더라도 1 마이크로미터(백만 분의 1 미터) 밖에 전진하지 못하는 순간 정지의 시간이다. 이 시간은 광속의 빛도 정지한 시간이다. 이처럼 펨토초 레이저를 이용해서 빛도 정지한 이 시간대에 일어나는 다양한 물리, 화학 현상을 탐구할 수 있었다. 정지된 시간과 빛의 세계를 탐험할 기회를 제공한 셈이다. 전자, 원자, 분자도 정지시킬 수 있다. 이처럼 제라르 무루 교수는 자연과학과 공학의 신세계를 최초로 열었다고 본다. 그가 펨토초 레이저 연구를 제일 처음 시작했고, 30년 이상 지속적으로 꾸준히 진행했다. 그래서 노벨상을 받았다.

1980년대 제라리 무루 교수와 그 제자가 펨토초 레이저를 이용해 실험을 하고 있다. [출처: 로체스터 대학]

빛의 속도와 경쟁하는 피코초 반도체

한편 필자는 박사 학위 연구에서 이러한 펨토초 레이저를 이용해서 고속 반도체 소자의 특성을 측정하는 방법을 개발했다. 자연계에 머문 극한의 시간 기술을 공학과 접목해 기존의 전자 계측기로 측정할 수 없었던 펨토초 영역의 고속 반도체 현상을 측정할 수 있었다. 특히 반도체 위에서 전자파가 빛의 속도로 전파하는 영상을 영화 같이 찍을 수 있었다.

예를 들어, 우리가 영화를 만드는데 1초에 24장 정도의 사진을 찍고, 그것을 연속으로 보여주면 동영상이 된다. 그 때 영화 필름 속의 사진은 24분의 1초마다 1장씩 찍게 된다. 마찬가지로 펨토초 단위로 반도체 위에 전자파를 발생시키고, 그 전자파의 각종 현상을 영화처럼 측정한다.

발생 시간과 측정 시간을 팸초토 차이를 주면서 영상을 계속 얻는다. 그 시간 차이는 거울을 이용해 빛이 전파하는 시간으로 조절해서 달리한다. 거울을 1마이크로미터(1 백만 분의 1 미터)를 이동하면 빛의 시간을 펨토초 정도 지연 가능하다. 이렇게 반도체 공간에 분포한 전자파 사진을 찍고 매 펨토초 마다 시간 차를 두면서 계속 사진을 얻는다.

그리고 그 사진들을 나중에 쭉 이으면 전자파가 반도체 위에서 영화를 얻을 수 있다. 이렇게 보면 시간 공간에서 정지한 빛과 전자파의 세계를 영화로 구현해 보았다.

펨토초 레이저를 이용해서 반도체 위에서 전자파가 빛의 속도로 전파하는 모습을 측정한 영상의 한 장면. [출처: KAIST]

빛의 속도와 경쟁하는 고성능 반도체 시대 대비해야

시간이 한참 지난 지난 지금 필자는 고속 반도체와 패키지 설계 분야를 연구하고 있다. 인공지능과 빅데이터 시대에 필요한 고속, 고성능, 저전력 반도체 분야의 연구이다. 한편 박사학위를 받은 연구 분야를 벗어나 기간 산업과 가까운 분야를 하는 자부심을 갖고 있으면서 다른 한편으로 기초 연구에 대한 아쉬움이 교차한다.

지금 고속 반도체 GPU나 D램은 디지털 시계에 맞추어 빅데이터를 계산하고 저장하고, 주고 받는다. 이를 설계할 때 둘 사이의 신호 전파 지연시간(Latency)과 신호간의 시간 차이(Skew)를 피코초 단위로 줄여야 한다. 피코초(1조 분의 1초)는 펨토초의 1000 분의 1 초 시간이다. 펨토초 영역에서 연구하고 익숙하다 보니, 피코초는 당연히 조정 가능하고, 설계 가능하고 구현가능한 시간대라고 생각하게 되었다.

그리고 앞으로 펨토초 영역의 고성능 반도체도 설계할 수 있다는 상상이 된다. 모두 오래 전에 펨토초 과학과 공학을 경험해 보았기 때문이다. 이러한 경험이 상상력의 원천이 되고, 이로부터 다가오는 4차 산업혁명 시대를 위한 영감을 얻는다. 

엄청난 빅데이터 속도(Big data/s)에 대한 두려움이 없다.

빅데이터(Big data)도 중요하지만 빅데이터를 얼마나 빨리 주고 받을 수가 (Big data/s) 있는가에 대한 중요성을 보여주는 개념도. [출처: KAIST]

 

joungho@kaist.ac.kr     

      

[김정호 카이스트 전기 및 전자공학과 교수]  

[뉴스핌 베스트 기사]

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美 국채금리 장중 급등 뒤 하락 [서울=뉴스핌] 고인원 기자= 미국 국채 수익률은 18일(현지시간) 장 초반 상승세를 보인 뒤 하락 전환했고 미 달러화는 주요 통화 대비 좁은 범위에서 움직였다. 미국과 이란의 갈등과 호르무즈 해협을 둘러싼 불확실성이 인플레이션 우려를 자극했지만 최근 미국의 고용과 물가 지표가 예상보다 약하게 나오면서 미 연방준비제도(Fed·연준)의 추가 금리 인상 기대가 낮아진 영향이다. 벤치마크인 미국 10년물 국채 수익률은 1.6bp(1bp=0.01%포인트) 하락한 4.708%를 기록했다. 30년물 국채 수익률은 장중 2007년 이후 최고 수준까지 올랐다가 상승분을 반납해 2.6bp 내린 5.284%를 나타냈다. 연준의 통화정책 전망에 민감한 2년물 국채 수익률은 0.5bp 하락한 4.177%를 기록했다. 국채 가격과 수익률은 반대로 움직인다. 미 국채 시장은 앞서 2거래일 연속 약세를 보였다. 미국뿐 아니라 주요국의 장기 국채 수익률이 수십 년 만의 최고 수준에 근접하는 등 글로벌 채권시장에서 매도세가 이어졌지만 이날 미 국채 수익률은 장중 방향을 틀었다. 미 국채 10년물 차트, 자료=야후 파이낸스, 2026.08.19 koinwon@newspim.com ◆고용·물가 이어 산업생산도 둔화…9월 금리 동결 기대↑ 여름철 거래가 한산한 데다 이번 주 시장의 방향을 결정할 만한 주요 경제지표가 많지 않은 가운데 투자자들은 미국과 이란의 갈등과 향후 연준의 통화정책 경로에 주목했다. 재니의 가이 르바스 수석 채권 전략가는 "경제지표는 많지 않고 시장의 무기력감은 큰 상황이어서 이 두 가지가 겹치면 가벼운 바람에도 시장이 움직일 수 있다"고 말했다. 이날 발표된 미국 경제지표도 금리 상승세를 제한했다. 연준에 따르면 7월 산업생산은 전월 대비 0.2% 증가해 증가율이 전월보다 0.1%포인트 둔화했다. 소비재 생산 감소 등의 영향으로 시장 예상에도 미치지 못했다. 최근 미국 경제지표는 전반적으로 경기 둔화를 가리키고 있다. 7월 예상 밖의 고용 감소에 이어 소비자물가지수(CPI) 등 물가 지표도 비교적 온건하게 나오면서 시장에서는 연준의 추가 금리 인상 기대가 낮아졌다. 시장에서는 현재 연준이 9월 기준금리를 0.25%포인트 인상하기보다 동결할 가능성을 약 70%로 보고 있다. ◆ 달러인덱스 99.63…연준 비둘기파 기대에 상승폭 제한 미 국채 수익률 하락에도 달러화는 뚜렷한 방향을 잡지 못했다. 주요 6개 통화 대비 달러화 가치를 나타내는 달러인덱스는 0.09% 상승한 99.63을 기록했다. 유로화는 전날 기록한 2개월 만의 최고치인 1.161달러에서 소폭 내려와 0.03% 상승한 1.15760달러에 거래됐다. 영국 파운드화는 0.04% 하락한 1.35356달러를 기록했고 달러화는 스위스프랑 대비 0.17% 상승한 0.81230프랑을 나타냈다. 머니코프 북미의 유진 엡스타인 구조화상품 책임자는 최근 달러화 움직임이 연준의 예상보다 비둘기파적인 태도와 이에 대한 시장의 해석을 반영하고 있다고 분석했다. 그는 "최근 CPI가 인플레이션 압력을 시사하지 않았고 고용지표 역시 마찬가지였다"며 "갑자기 달러가 약해졌고 이러한 흐름이 대부분의 통화쌍에 반영되고 있다"고 말했다. 스코샤뱅크도 온건한 인플레이션과 미국 노동시장의 약화 조짐을 고려하면 현시점에서 9월 금리 인상 가능성이 매우 낮다고 평가했다. 이어 단기적인 달러화 상승은 여전히 매도 기회로 판단한다고 밝혔다. 다만 미국과 이란의 갈등과 국제유가 상승은 연준의 통화정책 전망을 복잡하게 만드는 변수다. 도널드 트럼프 미국 대통령은 이날 이란과 현재 진행 중인 협상이 없으며 예정된 협상도 없다고 밝혔다. 트럼프 대통령은 호르무즈 해협이 열려 있다고 주장했지만 이란은 해당 해협이 여전히 선박 운항에 폐쇄돼 있다고 밝히고 있다. 이란 고위 당국자는 전쟁을 영구적으로 끝내기 위한 협상이 교착 상태에 빠지면서 군사 태세를 '전면적인 공세'로 전환할 것이라고 밝혔다. 미국 역시 지난 6월 체결한 휴전 합의를 연장하지 않겠다는 입장이다. 호르무즈 해협의 장기 폐쇄가 에너지 공급에 미칠 우려가 이어지면서 브렌트유 선물은 이날 0.17% 오른 배럴당 91.02달러에 거래를 마쳤다. 이는 지난 7월 24일 이후 가장 높은 수준이다. ◆ 19일 FOMC 의사록·20년물 입찰 주목…금리 향방 가른다 유가 상승에 따른 인플레이션 재확산 우려는 미국뿐 아니라 세계 채권시장에도 부담을 주고 있다. 미국 30년물 국채 수익률은 이날 장중 2007년 이후 최고 수준을 기록했고 주요국 장기 국채 수익률도 동반 상승했다. 시타델증권의 노샤드 샤 유럽·중동·아프리카(EMEA) 채권 영업 책임자는 "인플레이션은 지난 5년 대부분의 기간 동안 목표치를 웃돌았다"며 공급 충격이 계속되는 상황에서는 물가가 다시 상승할 위험에 대응할 여유가 크지 않다고 지적했다. 외환시장에서는 엔화의 움직임도 주목받았다. 엔화는 달러 대비 0.08% 하락한 달러당 159.605엔을 기록했다. 7월 말 미국과 일본이 엔화 강세를 유도하기 위해 공동으로 시장에 개입한 이후 나타났던 상승폭의 거의 절반을 반납했다. 당시 엔화는 40년 만의 최저 수준인 달러당 163.99엔까지 하락했다. 시장에서는 추가 외환시장 개입 가능성과 다음 달 일본은행(BOJ)의 금융정책결정회의를 주시하고 있다. 시장은 일본은행이 다음 달 기준금리를 인상할 것으로 예상하고 있다. 달러/원 환율은 19일 오전 6시 50분 기준 전장 대비 5.29% 하락한 1413.00원에 거래되고 있다.    시장의 시선은 19일 공개되는 7월 연방공개시장위원회(FOMC) 의사록으로 향하고 있다. 투자자들은 최근 고용과 물가 둔화에도 국제유가와 장기금리가 높은 수준을 유지하는 상황에서 연준 위원들이 향후 금리 경로를 어떻게 판단하고 있는지 확인할 전망이다. 미국 재무부가 같은 날 실시하는 20년물 국채 입찰 결과도 장기금리 흐름을 좌우할 변수로 꼽힌다. koinwon@newspim.com 2026-08-19 06:56
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코스피 급락에 매도사이드카 발동 [서울=뉴스핌] 이건주 기자 = 19일 코스피 지수가 전 거래일보다 341.06포인트(4.96%) 내린 6528.77에 개장했다. 코스닥 지수는 전 거래일보다 24.12포인트(2.89%) 내린 810.08에 거래를 시작했다. 서울 외환시장에서 달러/원 환율은 9시 기준 1413.5원을 기록했다. 이날 오전 서울 중구 하나은행 딜링룸에서 딜러들이 업무를 보고 있다. 2026.08.19 kunjoo@newspim.com   2026-08-19 09:26
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긍정 영향 종목

  • Lockheed Martin Corp. Industrials
    우크라이나 안보 지원 강화 기대감으로 방산 수요 증가 직접적. 미·러 긴장 완화 불확실성 속에서도 방위산업 매출 안정성 강화 예상됨.

부정 영향 종목

  • Caterpillar Inc. Industrials
    우크라이나 전쟁 장기화 시 건설 및 중장비 수요 불확실성 직접적. 글로벌 인프라 투자 지연으로 매출 성장 둔화 가능성 있음.
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