이터븀광시계

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[KRISS 보물] 3화 대한민국 시간 표준의 시작, 세슘원자시계 'KRISS-1'

우리는 일상 속에서 스마트폰과 시계를 통해 흐르는 시간을 너무나 당연하게 받아들입니다. 하지만 대한민국이 스스로의 시간을 갖게 된 것은 그리 오래된 일이 아닙니다. 과거 자격루와 앙부일구로 시간 주권을 세웠던 역사가 있었으나, 근대화 과정에서 그 주권은 흔들렸습니다. 1970년대까지만 해도 우리나라는 독자적으로 정확한 시간을 생성할 기술이 없어 일본의 표준 주파수 전파에 의존해야 했습니다. 이러한 상황에서 한 나라의 고유한 시간 표준이 없다는 사실에 문제의식을 느낀 연구자들의 노력으로 1978년 처음으로 원자시계를 도입하며 대한민국 시간 표준의 심장이 박동하기 시작했습니다. 미국에서 수입한 원자시계로 세계협정시와 동기화하는 데 성공했지만, 상용 시계를 단순히 사 오는 것만으로는 완벽한 기술 독립이라 할 수 없었습니다. 진정한 기술 주권을 확보하기 위해서는 우리 힘으로 원자시계를 직접 제작하고 관리하며, 오차를 교정할 수 있는 원천 기술이 필요했습니다. 선진국들은 이미 완성된 시스템을 도입할 것을 권유했으나, 한국표준과학연구원은 먼 미래를 내다보고 독자적인 1차 주파수 표준기 개발이라는 험난한 길을 선택했습니다. 남의 기술에 의존하는 한 문제가 생겨도 스스로 해결할 수 없다는 판단 아래, 늦더라도 우리만의 시계를 만들겠다는 결연한 의지를 다진 것입니다. 독자적인 원자시계 개발은 기반이 전혀 없는 불모지에서 시작된 도전이었습니다. 1980년대 당시 연구원의 인프라는 매우 열악하여 기술을 구현할 장비조차 마땅치 않았습니다. 하지만 연구진은 일본과 미국을 오가며 기술 확보에 매진했습니다. 일본의 코가 박사로부터 핵심 부품인 세슘을 기증받고, 미국 국립표준기술연구소에서 광펌핑 방식의 첨단 기술을 직접 익히며 연구에 속도를 냈습니다. 낮에는 미국에서 배우고 밤에는 한국에서 실험 결과를 확인하는 치열한 과정을 통해 일본의 노하우와 미국의 첨단 기술, 그리고 한국 연구진의 끈질긴 집념이 하나로 뭉쳐 개발의 기틀을 마련했습니다. 20년이라는 긴 사투 끝에 2008년, 마침내 대한민국 독자 원자시계인 KRISS-1이 탄생했습니다. 이 시계는 100조분의 1초라는 경이로운 불확도를 자랑하며, 약 300만 년 동안 단 1초의 오차도 허용하지 않는 세계 최고 수준의 정확도를 입증했습니다. 결국 국제도량형국에 등록되어 세계에서 일곱 번째로 국제원자시 생성에 기여하는 1차 주파수 표준기로 당당히 인정받았습니다. 이는 단순한 기계 개발을 넘어 대한민국의 시간 주권을 완벽하게 확립한 역사적 쾌거였습니다. 우리 기술로 만든 시간이 전 세계의 기준이 되는 일원이 된 것입니다. 정확한 시간은 오늘날 GPS, 통신, 금융, 우주 산업 등 첨단 기술 전반을 지탱하는 핵심 인프라입니다. 위성 신호의 미세한 시간 오차가 지상에서는 수백 미터의 위치 오류를 발생시킬 수 있기에, 1초의 오차를 줄이는 일은 국가의 안보 및 산업 경쟁력과 직결됩니다. KRISS-1에서 시작된 도전은 현재 20억 년에 1초 오차를 갖는 이터븀 광시계로 이어지며 대한민국을 세계 5위권의 시간 강국으로 끌어올렸습니다. 이제 우리나라는 2030년대 예정된 ‘초의 재정의’ 시대를 선도하는 리더로서, 짧은 1초 속에 담긴 꺾이지 않는 집념을 세계 무대에서 증명해 나가고 있습니다.

한국표준과학연구원KRISS보물

물리학
공학·기술

[대덕특구 50주년 특별영상] 세상의 기준을 만든 KRISS의 기술

우리 일상 속 모든 측정의 근간이 되는 국가 표준은 국가 발전의 핵심적인 요소입니다. 한국표준과학연구원(KRISS)은 1975년 설립 이래 대한민국 헌법에 명시된 국가 표준 제도 확립을 위해 다양한 분야의 측정 기술을 개발해 왔습니다. 특히 과거 미국에서 도입했던 기술을 넘어 독자적으로 개발한 1 MN 실하중 힘 표준기는 약 100톤의 질량에 해당하는 힘을 정밀하게 측정할 수 있는 장치입니다. 이는 항공우주 산업의 핵심인 누리호 발사체의 추력을 정밀하게 제어하는 등 국가의 중점 산업 분야에서 필수적인 기준 역할을 수행하며 대한민국의 기술적 자립도를 높이는 데 기여하고 있습니다. 우주라는 극한 환경에서 작동하는 인공위성의 성능은 초정밀 광학 기술에 의해 결정됩니다. KRISS는 직경 1m의 비구면 우주용 거울을 독자적으로 개발하여 0.3m 이하의 초고해상도 영상을 확보할 수 있는 기술력을 갖추었습니다. 우주는 진공 상태이며 급격한 온도 변화와 강력한 진동이 발생하는 환경이기에, 지상의 중력 영향을 배제하고 미세한 물질 하나까지 고려한 초정밀 연마 기술이 필수적입니다. 이러한 광학 기술은 국가 전략 자산으로서 기술 이전이 불가능한 분야이기에 KRISS의 자체 개발 성과는 더욱 큰 의미를 가집니다. 이는 위성용 카메라뿐만 아니라 천체 망원경, AR 및 VR 기기 등 미래 산업 전반으로 확장될 잠재력을 지니고 있습니다. 시간의 정의인 '1초'를 정확하게 측정하는 기술은 현대 문명의 통신과 교통 시스템을 지탱하는 버팀목입니다. KRISS는 1988년부터 세슘 원자시계 개발을 시작하여 현재는 기존보다 주파수가 만 배 이상 높은 이터븀 광시계를 통해 세계협정시 생성에 기여하고 있습니다. 광시계는 5천만 년에 1초의 오차도 허용하지 않을 만큼 극도의 정밀도를 자랑하며, 이는 자율주행이나 첨단 스마트 기술에서 요구되는 1억 분의 1초 단위의 정확도를 보장하는 기반이 됩니다. 수많은 레이저와 복잡한 제어 시스템을 안정적으로 운용해야 하는 이 기술은 우리가 미처 보지 못했던 새로운 과학적 현상을 관측하는 도구로서 그 가치를 증명하고 있습니다. 미래의 게임 체인저로 불리는 양자 컴퓨팅 분야에서도 KRISS의 측정 제어 기술은 핵심적인 역할을 담당합니다. 초전도 현상을 이용한 양자 컴퓨팅 시스템은 '큐비트'라는 소자를 정밀하게 설계하고 평가하는 기술이 관건이며, 이는 연구원이 지난 35년간 축적해 온 조셉슨 전압 표준과 초전도 양자 센서 기술을 뿌리로 두고 있습니다. 미세한 에너지를 다루는 양자 기술은 결국 극도의 정밀 측정이 필수적이기에 연구원의 임무와 가장 잘 부합하는 분야이기도 합니다. 이미 의료 진단 분야에서 상용화된 양자 센서 기술처럼, 양자 컴퓨팅 기술 또한 향후 수년 내에 완성도를 높여 초기 산업적 활용이 가능한 수준으로 발전할 것으로 기대됩니다. 한국표준과학연구원의 역사는 선진국을 뒤쫓던 추격의 과정에서 시작하여, 이제는 세계와 어깨를 나란히 하는 성취의 시대를 지나고 있습니다. 과거 '맨땅에 헤딩' 하듯 기술을 개척해 온 정신은 오늘날 세계 최고 수준의 측정 표준을 확립하는 밑거름이 되었습니다. 이제 KRISS는 단순한 기술 보유국을 넘어 세계 표준의 새로운 목표를 스스로 제시하는 선두 주자로서의 도약을 준비하고 있습니다. 성숙한 기술력을 바탕으로 다음 세대를 길러내고 인류 사회에 기여하는 '재탄생'의 과정을 통해, 연구원은 앞으로도 세상의 모든 기준을 만드는 국가 측정 표준 대표기관으로서의 사명을 다하며 대한민국의 미래 과학 기술을 견인할 것입니다.

한국표준과학연구원KRISS 홍보영상(Promotion Video)

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[KRISS 표준백과사전] 제2화 누리호의 성능검증위성이 우주에서 가장 처음 수행했던 미션은?!

2022년 6월 21일, 한국형 발사체 누리호가 성공적으로 비상하며 대한민국의 우주 시대를 열었습니다. 궤도 안착 후 지상국과 시도한 첫 번째 양방향 교신의 핵심 미션은 다름 아닌 '시각 동기화'와 'GPS 활성화'였습니다. 언뜻 보기에 사소해 보일 수 있는 이 작업은 우주와 지상의 시각을 일치시키는 것으로, 대한민국 우주 독립의 실질적인 첫걸음이었습니다. 우주에서의 정밀한 시각 설정은 향후 수행할 모든 임무의 근간이 되기 때문에 가장 먼저 수행되어야 할 필수적인 과정이었습니다. 시각 동기화는 우리의 일상과 매우 밀접하게 연결되어 있습니다. 우리가 매일 사용하는 스마트폰 내비게이션부터 금융망의 거래 기록, 항공 및 해양 교통의 안전에 이르기까지 위성항법시스템(GPS)은 현대 문명의 필수 인프라입니다. 특히 4차 산업혁명의 핵심인 드론이나 자율주행 기술 역시 위성으로부터 받는 정밀한 시각 정보 없이는 안정적인 구현이 불가능합니다. 우주에서 보내오는 찰나의 신호가 우리의 출근길과 경제 활동을 안전하게 지탱해주고 있는 셈입니다. GPS가 위치를 계산하는 원리를 알면 시각의 중요성이 더욱 명확해집니다. 위성이 보내는 전자기파는 빛의 속도로 이동하는데, 단 1,000분의 1초의 오차만 발생해도 지상에서는 약 300km의 거리 차이가 발생합니다. 이러한 미세한 오류는 항공기 운항 지연이나 증권거래소의 시스템 혼란 등 국가적 규모의 재난으로 이어질 수도 있습니다. 따라서 전 세계는 우주에 떠 있는 위성 시계의 정확도를 유지하기 위해 고도의 정밀 측정 기술을 동원하여 시각을 실시간으로 맞추고 있습니다. 이를 위해 한국표준과학연구원(KRISS)은 세계 최고 수준의 원자시계를 운용하며 시간의 표준을 수호하고 있습니다. 1억 년에 1초의 오차를 갖는 세슘 원자 분수 시계와 그보다 훨씬 정밀한 이터븀 광시계가 그 주인공입니다. 특히 KRISS가 개발한 이터븀 광시계는 세계협정시(UTC) 생성에도 참여하며 대한민국의 기술력을 입증했습니다. 원자의 진동을 이용해 1초를 정의하는 이 기술은 미래에 1초를 재정의할 핵심적인 과학적 자산으로 평가받으며 국가적 위상을 높이고 있습니다. 이제 대한민국은 우주의 나이만큼 흐르는 시간 동안 단 1초의 오차도 허용하지 않는 초정밀 광시계 개발을 향해 나아가고 있습니다. 2025년 완성을 목표로 하는 이 기술은 도심항공모빌리티(UAM)와 완전 자율주행, 심우주 탐사 등 인류의 미래를 실현할 토대가 될 것입니다. 단순히 시각을 맞추는 것을 넘어, 더 나은 내일을 설계하는 정밀 측정 기술의 발전은 우리의 삶을 더욱 풍요롭고 안전하게 만들어줄 것입니다. 표준의 가치가 만들어낼 미래의 우주 시대를 기대해 봅니다.

한국표준과학연구원KRISS 표준백과사전

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[KRISS 잇터뷰 시즌2] 제5화 박창용 책임연구원 편/한국표준과학연구원의 솔직담백 마음잇기

현대 과학의 정밀도를 결정짓는 핵심 요소 중 하나는 시간의 측정입니다. 한국표준과학연구원(KRISS)의 원자기반 양자표준팀은 바로 이 시간의 정의를 선도하며 세계협정시를 만드는 막중한 임무를 수행하고 있습니다. 이곳의 중심에는 최근 '눈금 위의 인생'이라는 저서를 통해 측정 단위의 역사와 가치를 대중에게 알린 박창용 박사가 있습니다. 그는 단순한 연구원을 넘어, 남들이 가지 않는 길을 택하며 새로운 시각으로 과학적 난제에 도전하는 독창적인 과학자로 정평이 나 있습니다. 시간이라는 보이지 않는 가치를 실체화하는 그의 연구는 현대 문명을 지탱하는 보이지 않는 기초가 되고 있습니다. 박창용 박사는 동료들 사이에서 평범함을 거부하는 연구자로 알려져 있습니다. 주변의 모든 사람이 '예'라고 답할 때 혼자서 '아니요'를 외칠 수 있는 용기와 개성은 그를 팀 내에서 독보적인 존재로 만듭니다. 흥미로운 점은 연구실의 경직된 분위기를 부드럽게 녹이는 그의 독특한 유머 감각입니다. 소음이 심한 실험실 안에서 말이 뭉개져 들리는 상황을 오히려 유머의 소재로 삼는 그의 긍정적인 사고방식은 연구의 피로를 잊게 하는 활력소가 됩니다. 이러한 유연함은 고도의 집중력이 필요한 양자 표준 연구 분야에서 창의적인 해결책을 찾아내는 박 박사만의 강력한 원동력이 되고 있습니다. 그의 열정은 연구실 밖 탁구장에서도 고스란히 이어집니다. 박 박사는 탁구를 치지 않으면 컨디션 회복이 되지 않을 정도로 탁구에 대한 애정이 깊은데, 여기에는 그만의 특별한 철학이 담겨 있습니다. 탁구공이 탁구대를 오가며 내는 일정한 리듬은 시계가 정교하게 돌아가는 소리와 닮아 있기 때문입니다. 탁구대 앞에서 보내는 시간은 단순히 체력을 기르는 활동을 넘어, 복잡한 물리 법칙을 다루는 연구를 이어가기 위한 정신적 에너지를 충전하는 소중한 과정입니다. 운동을 통해 얻는 집중력과 평온함은 그가 수십 년간 한결같이 연구에 매진할 수 있었던 비결이기도 합니다. 박창용 박사의 이러한 집념은 대한민국 과학사의 기념비적인 성과로 이어졌습니다. 오랜 시간 연구해 온 광시계 기술이 국제적으로 공인받으면서, 대한민국은 이제 세계협정시 기준을 설정하는 핵심 국가 중 하나로 당당히 자리매김하게 되었습니다. 이는 미국이나 일본과 같은 과학 강국들과 어깨를 나란히 하며, 우리 기술로 만든 시간이 전 인류의 세계협정시 기준이 되는 역사적인 순간을 의미합니다. 정밀 측정 기술의 자립을 이룩한 이번 성과는 국가의 과학 기술 위상을 한 단계 격상시켰을 뿐만 아니라, 미래 산업 전반에 걸쳐 강력한 표준 경쟁력을 확보하는 기틀이 되었습니다. 이제 박 박사와 그의 연구팀은 현재의 성공에 안주하지 않고 훨씬 더 높은 수준의 정확도를 향해 나아가고 있습니다. 현재 운영 중인 1호기를 넘어 10배 이상 더 정밀한 2호기와 3호기 광시계 개발에 박차를 가하고 있는 것입니다. 이는 우주가 탄생한 이래 지금까지의 긴 세월 동안 단 1초의 오차도 허용하지 않는 수준의 정밀함입니다. 더 완벽한 시간을 향한 그의 멈추지 않는 도전은 차세대 내비게이션 시스템이나 초고속 통신망, 정밀 보안 기술 등 미래 첨단 산업의 든든한 토대가 될 것입니다. 눈금 위의 인생을 넘어 우주의 진리를 탐구하는 그의 행보는 계속됩니다.

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