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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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케냐 사웨, 마라톤 '2시간 벽' 깨다 [서울=뉴스핌] 박상욱 기자 = 마라톤 풀코스 42.195㎞ '2시간의 벽'이 공식 대회에서 처음으로 무너졌다. 케냐의 사바스티안 사웨(30)는 26일(한국 시간) 영국 런던에서 열린 2026 런던 마라톤 남자부에서 1시간 59분 30초에 결승선을 통과했다. 2023년 켈빈 키프텀(케냐)이 시카고 마라톤에서 작성한 종전 세계기록 2시간 00분 35초를 무려 65초나 지운 역대급 레이스였다. 인류가 공식 공인 마라톤 레이스에서 '서브 2'에 성공한 것은 이번이 처음이다. 사웨는 초반부터 흔들림이 없었다. 선두 그룹에서 안정적으로 레이스를 이끌며 5㎞를 14분 14초에 통과했다. 당시 페이스만으로도 2시간 00분 3초가 예측되는 살인적인 속도였다. 하프 지점도 1시간 00분 29초로 통과했다. 세계기록 페이스를 유지하면서도 표정에는 여유가 남아 있었다는 현지 중계진의 평가다. [런던=뉴스핌] 박상욱 기자=사바스티안 사웨가 26일(한국시간) 2026 런던 마라톤 남자부에서 1시간 59분 30초에 결승선을 골인한 뒤 자신의 신발을 들어보이며 포즈를 취하고 있다. 2026.4.26 psoq1337@newspim.com 승부는 30㎞ 이후였다. 사웨는 1시간 26분 03초로 30㎞ 지점을 찍은 뒤 페이스를 다시 끌어올렸다. 요미프 케젤차(에티오피아)가 옆에서 따라붙자 오히려 속도를 더 올리며 양자 구도를 만들었다. 결승선을 약 1.7㎞ 남기고 마지막 승부수를 띄웠다. 사웨는 체중이 하나도 남지 않은 듯 가볍게 치고 나갔고 케젤차는 그 스퍼트를 끝내 버티지 못했다. 버킹엄궁 앞 스트레이트에 들어설 때 승부는 이미 끝나 있었다. 사웨는 두 팔을 번쩍 치켜들며 1시간 59분 30초를 찍었다. 2시간 벽을 깨기 위한 수십 년 도전이 한순간에 결실을 맺는 장면이었다. 그는 결승점에서 "정말 행복하다. 잊지 못할 날이다. 초반부터 페이스가 좋았고 결승선에 가까워질수록 몸 상태가 더 좋아지는 걸 느꼈다"고 말했다. [런던=뉴스핌] 박상욱 기자=사바스티안 사웨가 26일(한국시간) 2026 런던 마라톤 남자부에서 1시간 59분 30초에 결승선을 골인하고 있다. 2026.4.26 psoq1337@newspim.com 2위로 골인한 케젤차 역시 1시간 59분 41초에 완주하며 인류 역사상 두 번째 '서브 2' 기록을 남겼다. 3위 제이컵 키플리모(우간다)는 2시간 00분 28초로 골인해 종전 세계기록을 앞질렀다. 인류가 한 번도 넘지 못했던 장벽이 한 레이스에서만 세 번이나 뛰어넘어진 셈이다. '2시간의 벽'은 오랫동안 인간 한계의 상징이었다. 엘리우드 킵초게(케냐)가 2019년 비엔나 특설 코스에서 1시간 59분 40초를 찍긴 했다. 하지만 이는 레이저 유도차량, 대규모 페이스메이커, 특수 설계 코스가 동원된 이벤트 레이스로 공식 기록으로는 인정받지 못했다. '인간의 다리만으로, 공인 조건에서 2시간을 깰 수 있는가'라는 질문은 여전히 열린 채 남아 있었다. 사웨는 그 물음에 '가능하다'는 답을 내놓았다. 사웨는 이미 예고된 '차세대 괴물'이었다. 2024년 발렌시아 마라톤 데뷔전에서 2시간 02분 05초로 우승한 뒤, 2025년 런던 마라톤에서는 2시간 02분 27초로 정상에 올랐다. 메이저 마라톤 풀코스 4전 전승이다. 그는 대회를 앞두고 "세계 신기록은 시간문제다. 언젠가 2시간 이내에 마라톤을 완주하는 첫 선수가 될 것이라 믿는다"고 말했다. 그리고 런던에서 그 약속을 현실로 바꿨다. [런던=뉴스핌] 박상욱 기자=티지스트 아세파가 26일(한국시간) 2026 런던 마라톤 여자부에서 2시간 15분 41초에 결승선을 통과한 뒤 감격하고 있다. 2026.4.26 psoq1337@newspim.com 여자부에서도 세계기록이 쓰였다. 에티오피아의 티지스트 아세파가 2시간 15분 41초에 결승선을 통과했다. 지난해 같은 대회에서 자신이 작성한 2시간 15분 50초를 9초 줄인 기록이다. 여자 선수만 뛰는 레이스 기준 세계 최고 기록이 다시 한 번 교체됐다. 2위 헬렌 오비리와 3위 조이실린 제프코스게이(이상 케냐)도 각각 2시간 15분 53초, 2시간 15분 55초를 찍으며 사웨의 레이스 못지않은 하이 레벨 경쟁을 펼쳤다. 세계육상연맹은 여자 도로 레이스 기록을 '혼성 경기'와 '여자 단독 경기'로 나눠 집계한다. 남자 선수들이 페이스메이커 역할을 하는 혼성 레이스와 여자들만 뛰는 레이스의 조건이 다르기 때문이다. 혼성 마라톤 여자 세계기록은 루스 체픈게티(케냐)가 2024년 시카고 마라톤에서 작성한 2시간 09분 56초다. 이번 런던에서는 여자 단독 레이스 기록이 다시 쓰였다. 마라톤은 인간 한계를 시험하는 스포츠다. 그 종목에서 가장 단단해 보이던 벽이 무너졌다. 사웨는 레이스 뒤 "오늘 이 자리까지 오직 기록 단축만을 위해 달렸다. 인간에게 한계가 없다는 걸 보여줘 기쁘다"고 말했다. psoq1337@newspim.com 2026-04-27 07:27
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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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