국방과학연구소(ADD, 소장 박종승)는 양자역학적 원리를 이용해 광파와 마이크로파 간의 주파수를 양방향으로 변환하는 ‘자성체 기반의 양자 주파수 변환 기술’을 순수 국내 기술력으로 개발하는데 성공했다.
 
이번 연구 성과는 미래 양자레이더의 마이크로파 활용 기반을 마련해 장거리 탐지 능력을 향상시킬 수 있는 핵심기술이다.

양자레이더는 스텔스 물체와 같이 반사율이 매우 낮은 물체도 탐지 가능할 것으로 기대되는 미래의 신기술이다. (이미지:국방과학연구소)

양자레이더는 고전적인 전자기파를 사용하는 기존의 레이더와 달리 얽힌 양자 상태를 이용함으로써 스텔스 물체와 같이 반사율이 매우 낮은 물체도 탐지 가능할 것으로 기대되는 미래의 신기술이다.

얽힌 양자 상태는 주로 광파를 이용해 생성된다. 하지만 광파는 공기 중에서 흡수되거나 산란이 잘 돼 장거리 탐지에 불리하므로 이를 마이크로파로 변환할 필요가 있다.

ADD는 광파와 마이크로파 간 주파수의 양방향 변환이 가능한 핵심기술을 확보해 양자레이더 원천기술 개발의 첫걸음을 뗐다. 이를 위해 마이크로파가 흐르는 공진기 내부에서 빛과 자성체가 만나면 에너지 차이로 상호작용하며 빛의 파동, 즉 주파수가 변하는 현상을 이용했다.

ADD는 ‘18년부터 ‘21년까지 방위사업청의 핵심기술사업을 통해 주파수 변환의 설계과정부터 실험 과정까지 독자적으로 연구했다. 특히 극저온 냉각 실험과 양자 광학 실험을 통해 상온뿐만 아니라 극저온(섭씨 영하 273도) 환경에서도 양자 주파수 변환이 가능함을 확인했다.

양자레이더의 원리 (이미지:국방과학연구소)

이번에 개발된 기술은 아직 기술 성숙도와 주파수 변환 효율이 매우 낮다. 하지만 양자 레이더 개발에 필요한 요소 기술을 실험적으로 구현했다는데 의의가 있다. 자성체 기반의 양자 주파수 변환 기술은 양자레이더의 신호원뿐만 아니라 미래의 양자 네트워크로 구성된 다양한 혼합 무기체계 시스템에도 활용 가능할 것으로 기대된다. 

ADD는 향후 양자 주파수 변환 기술을 지속적으로 향상시켜 스텔스 탐지를 위한 양자레이더 기술 개발에 필요한 원천 기술을 지속 확보할 계획이다.

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