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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]  

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美 30년물 국채금리 급등 5.31% [시드니=뉴스핌] 권지언 특파원 = 미국 30년물 국채 금리가 17일(현지시간) 2007년 이후 최고 수준으로 올랐다. 미국의 재정 상황에 대한 우려가 인공지능(AI) 관련 기업들의 대규모 회사채 발행과 맞물리면서 국채 금리를 끌어올렸다. 벤치마크인 10년물 국채 수익률은 2.79bp(1bp=0.01%포인트) 상승한 4.724%를 기록했다. 30년물 수익률은 4.43bp 오른 5.3103%로 2007년 이후 최고 수준을 기록했다. 바클레이스의 안슐 프라단 애널리스트는 월요일 보고서에서 "부진한 경제지표는 장기물 국채 금리를 낮췄어야 했다"며 "그런데도 30년물 국채는 2001년 이후 가장 높은 금리로 입찰됐고, 이후 금리는 오히려 더 상승했다"고 지적했다. 미 달러화.[사진=로이터 뉴스핌] 그는 "악화하는 재정 전망, AI에 따른 기업들의 장기물 채권 공급 확대, 가격에 민감해진 투자자층이 그 이유를 설명하는 데 도움이 된다"고 분석했다. 이날 블룸버그통신도 'AI가 국채 금리를 밀어 올리고 있다'는 제목의 기사에서 빅테크의 AI 차입이 미국의 장기 금리를 높은 수준에 묶어두고 있다고 지적했다. 그러면서 신용도가 매우 높은 기업이 국채보다 훨씬 나은 조건을 제시하자 국채를 팔아 그 돈으로 회사채를 사는 흐름이 나타나고 있다고 설명했다. 이번 주 주요 경제지표 발표가 많지 않은 상황에서 투자자들은 중동 정세와 연방준비제도(Fed·연준)의 통화정책 향방에도 관심을 보였다. 이란의 한 고위 당국자는 이날 로이터에 이란이 대응 태세를 "전면 공세"로 전환하기로 결정했다고 밝혔다. 도널드 트럼프 미국 대통령 역시 폭스뉴스를 통해 이란이 항복해야 한다고 압박하면서 중동의 지정학적 긴장이 지속되고 있다. 다만 시장은 장기화하는 미·이란 갈등에 점차 익숙해지는 분위기다. DRW 트레이딩의 루 브리언 시장 전략가는 "지나치게 자극적인 헤드라인에 시장이 조금 무뎌지고 있는 시점에 이른 것 같다"고 말했다. 통화정책 전망에 민감한 2년물 국채 수익률은 0.9bp 상승한 4.18%를 기록했고, 2년물과 10년물 국채 금리 차이는 54.7bp로 확대됐다. ◆ 수요일 FOMC 의사록·20년물 입찰…채권시장 변동성 변수 이번 주 채권시장에서는 수요일이 주요 분기점이 될 전망으로, 연준은 이날 최근 연방공개시장위원회(FOMC) 회의 의사록을 공개한다. 지난달 케빈 워시 연준 의장의 첫 기자회견 이후 채권시장이 불안정한 반응을 보였던 만큼 의사록에서 향후 금리 경로에 대한 단서를 찾으려는 투자자들의 관심이 클 것으로 예상된다. DRW 트레이딩의 브리언 전략가는 "워시는 시장에서 그가 연준 내에서 자신의 독자적인 판단을 하는 인물이라기보다 트럼프 측 인사라는 생각을 완전히 없애지는 못했다"고 지적했다. 이날 뉴욕 연방준비은행이 발표한 뉴욕주 제조업 활동 지표는 4년여 만에 가장 높은 수준으로 급등해 미국 경기의 일부 회복 신호를 보여줬다. 미 재무부의 20년물 국채 입찰도 같은 날 예정돼 있어 장기물에 대한 투자자 수요를 가늠할 주요 이벤트로 꼽힌다. 한편 시장이 반영하는 중장기 인플레이션 기대는 비교적 안정적이다. 5년물 물가연동국채(TIPS) 기대인플레이션율은 2.255%, 10년물은 2.284%를 기록했다. 이는 시장이 향후 10년간 미국의 연평균 물가상승률을 약 2.3% 수준으로 예상하고 있음을 의미한다. ◆ 연준 금리 인상 기대 후퇴에 달러 약세 달러화는 연방준비제도(Fed·연준)의 추가 금리 인상 가능성이 낮아지면서 약세를 보였다. 최근 발표된 미국 경제지표가 잇따라 예상보다 부진하게 나오면서 시장의 연준 금리 인상 전망이 후퇴한 영향이다. 지난주 발표된 7월 소비자물가지수(CPI)와 생산자물가지수(PPI)는 물가 압력이 다소 완화되고 있음을 시사했다. 여기에 7월 소매판매가 예상 밖으로 감소하면서 미국 경제의 성장세가 기존 전망만큼 견조하지 않을 수 있다는 우려도 커졌다. 이에 시장에서는 연준의 9월 금리 인상 가능성을 한층 낮게 반영했다. 주요 통화 대비 달러화 가치를 보여주는 달러인덱스는 0.06% 내린 99.6을 기록했고, 유로화는 0.09% 오른 1.1579달러에 거래됐다. 유로화는 장중 1.1614달러까지 올라 6월 17일 이후 최고치를 기록했다. 시장의 시선은 향후 연준의 통화정책 신호로 향하고 있다. 특히 최근 경기·물가 지표가 잇따라 둔화하면서 연준이 당분간 금리 인상을 서두르지 않을 것이란 전망이 달러화에 추가 하방 압력을 가할 수 있다는 분석이다. 엔화는 장 초반 상승분을 반납하고 달러당 159.49엔 수준으로 0.11% 하락했다. 일본의 경제성장률이 예상보다 부진하게 나온 것도 엔화에 부담이 됐다. 앞서 일본과 미국 당국은 엔화 약세를 막기 위해 7월 말 외환시장에 개입했다. 모간스탠리의 데이비드 애덤스가 이끄는 애널리스트들은 투자자 노트에서 "시장이 일본은행의 금리 인상 사이클이 더욱 가팔라질 것으로 반영하고 있지만, 글로벌 위험선호가 강하고 미국의 최종금리 전망이 높은 수준을 유지한다면 미국의 물가 상승률이 다소 완만하게 나온 상황에서도 달러/엔 환율은 상승할 수 있다"고 분석했다. kwonjiun@newspim.com 2026-08-18 06:39
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종목 추적기

S&P 500 기업 중 기사 내용이 영향을 줄 종목 추적

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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.
이 내용에 포함된 데이터와 의견은 뉴스핌 AI가 분석한 결과입니다. 정보 제공 목적으로만 작성되었으며, 특정 종목 매매를 권유하지 않습니다. 투자 판단 및 결과에 대한 책임은 투자자 본인에게 있습니다. 주식 투자는 원금 손실 가능성이 있으므로, 투자 전 충분한 조사와 전문가 상담을 권장합니다.
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