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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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'히든스테이지' 공모 시작 [서울=뉴스핌] 김용석 선임기자 = 봄꽃이 피어오르는 3월, 올해 4회째를 맞은 싱어송라이터 경연대회 '히든스테이지'가 총상금 1200만원을 내걸고 16일부터 4월 24일까지 참가 신청을 받는다. [자료= 히든스테이지 사무국] 뉴스핌과 감엔터테인먼트가 공동 주최하고 문화체육관광부·한국콘텐츠진흥원이 후원하는 이 대회는 대상 500만원, 한국콘텐츠진흥원장상(최우수) 300만원, 우수상·루키상 각 200만원으로 상금을 구성했다. 특히 이 무대는 청년 음악인들에게 더없이 반가운 기회다. 나이·성별·국적 제한 없이 국내에서 음악 활동이 가능한 싱어송라이터라면 누구든 지원할 수 있다. 인디씬을 떠돌며 자신만의 음악을 다듬어온 청년 뮤지션들의 첫 도약대가 될 수 있다. 상금에 그치지 않고 본선 진출자 전원에게 라이브클립 제작 기회를, 대상 수상자에게는 음원 발매 기회까지 제공해 실질적인 커리어 발판을 마련해준다는 점도 주목할 만하다. 씨앗이 싹을 틔우는 봄처럼, 히든스테이지는 무명의 청년 뮤지션들이 세상에 처음 이름을 알리는 무대이기도 하다. 지난 3년간 수많은 음악인의 등용문이 돼온 이 무대는 장르·스타일을 가리지 않고 오직 '자신만의 음악'으로 승부하는 싱어송라이터를 찾는다. 미발표 창작곡 음원(MP3)과 실연 영상, 가사지, 프로필 사진을 사무국 이메일로 제출하면 된다. 1차 온라인 심사를 통해 5월 중순 20~30팀의 본선 진출자를 선발하며, 6~8월 서울 여의도 뉴스핌 스튜디오에서 매주 유튜브로 경연 영상을 공개한다. 최종 결선은 9월 공개 무대에서 펼쳐진다. 자세한 참가 방법은 히든스테이지 공식 홈페이지(https://hiddenstage.co.kr/)에서 확인할 수 있다. fineview@newspim.com 2026-03-16 09:17
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군 수송기로 한국인 204명 귀국 [서울=뉴스핌] 유신모 외교전문기자 = 중동 지역에서 귀국하지 못하고 발이 묶여 있던 한국인 204명과 외국 국적 가족 5명, 일본인 2명 등 총 211명이 정부가 투입한 군 수송기를 타고 귀국했다. 외교부는 이들을 태운 공군 공중급유 수송기 KC-330 '시그너스'가 14일 저녁 (현지 시간) 사우디아라비아 리야드를 출발해 15일 오후 5시 59분 성남 서울 공항에 착륙했다고 밝혔다. [성남=뉴스핌] 사진공동취재단 = 중동 전쟁 확대로 레바논에 체류 중이던 우리 국민 204명과 외국 국적 가족 5명 및 우방국(일본) 국민 2명 등 총 211명이 대한민국 군 수송기(KC-330)를 타고 15일 오후 성남공항에 도착하고 있다. 2026.03.15 photo@newspim.coms 지난달 28일 미국·이스라엘이 이란을 공격한 이후 중동 지역에 발이 묶인 한국인을 대피시키기 위해 군 수송기가 이용된 것은 처음이다. 앞서 정부는 전세기와 민항기 특별편을 편성해 아랍에미리트(UAE)와 카타르에 체류 중인 한국인들을 귀국시킨 바 있다. 그러나 공항이 폐쇄되거나 항공기 운항이 어려운 다른 중동 지역에 체류하는 국민들이 여전히 많은데다 이들이 UAE나 카타르로 이동하는 것도 쉽지 않은 상황이어서 한국인들이 상대적으로 집결하기 쉬운 리야드에 군 수송기를 투입하기로 결정했다. 정부는 '사막의 빛'으로 명명된 이번 작전을 위해 수송 경로상의 10여개 국가에 영공 통과 협조를 구하고, 이재웅 전 외교부 대변인을 단장으로 한 신속대응팀을 현지에 파견했다. 수송기에 탑승한 한국인들은 사우디아라비아를 비롯해 쿠웨이트, 바레인, 레바논에 체류 중이었다. 이들은 현지 대사관의 지원을 받아 육로 또는 항공편을 이용해 리야드에 집결했다. 정부는 관련 규정과 현지 상황 등을 고려해 성인 기준 88만원 내외의 비용을 군 수송기 탑승객에게 청구할 예정이다. 외교부는 "앞으로도 중동 지역에 체류 중인 우리 국민의 안전을 확보하고 귀국을 지원하기 위해, 현지 상황을 면밀히 주시하며 다양한 안전 조치를 지속적으로 강구해 나갈 예정"이라고 밝혔다. opento@newspim.com 2026-03-15 18:44
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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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