ICT/융합

중국산 "지구 CT" 기술, 세계 선진 수준에 도달

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다칭(大慶)유전 위청예(於承業) 연구팀이 자체적으로 개발한 천부혼합층 파동임피던스 Z 역산기술이 중국석유기술감정센터 전문가위원회로부터 세계 선진 수준에 도달했다는 평가를 받았다. 해당 기술은 중국 내 지진해석 분야에서 30년간 이어진 미국과 유럽국가의 기술독점을 깨뜨렸다. 뿐만 아니라 천부혼합층 저류층 지진예측 분야에서 미국과 유럽을 제치고 2.6억 위안(한화로 약 441억 5,840만 원)의 경제효익을 창출할 전망이다. 천부혼합층 파동임피던스 Z 역산기술은 일종의 지진처리 해석기술로서 인공 반사파에 대한 정밀 해석을 통해 지구 "혈관"속 석유의 분포를 분석하는 "지구 CT" 기술이다. 해외 지진 역산(Seismic inversion) 소프트웨어는 20세기 90년대부터 중국 지진탐사 분야에 도입되기 시작해 장기간 중국 지진 역산 시장을 독점했다. 경제적인 면에서 프랑스 소프트웨어는 가격이 거의 400만 위안(한화로 약 6억 7,936만 원)에 달하며 30년간 중국시장에서 10억 달러 이상의 판매액을 올렸다. 기술적인 면에서 전형적 육지상 퇴적인 다칭유전은 국외 해양상 퇴적에 비해 저류층이 얇고 연속성이 좋지 못하며 횡적 변화가 복잡하다. 아울러 2~3m 박층 탐사·개발이 세계적인 난제이고 또한 해외기술이 중국내 유전식별 수요를 충족시키지 못하는 점을 감안하면 시장경제적으로나 기술수요 차원에서 중국만의 지진 역산 소프트웨어 개발이 필요하다. 연구팀은 2006년부터 관련 연구를 시작해 결과적으로, 기존 지진 주파수대에서 유정-지진 부합 오류를 10~15%에서 1~2%로 낮추고 천부혼합층 고정밀도 역산을 달성함과 아울러 Z 역산 저류층 예측 소프트웨어를 형성했다. 2016년 초에 수행한 현장 논증에서 해당 소프트웨어 예측 결과는 상업 소프트웨어에 비해 평균 12.2 %p 향상되었고 사암 시추 성공률은 91.1%에 도달했다. 2018년에 Z 역산기술은 룽핑(隆平) 1호 유정 심부 화산암 풍화각 예측에 성공적으로 응용되어 67%의 부합률을 기록했다. 이는 해외 동일 유형 제품에 비해 훨씬 높은 수준으로서 수입 저류층 예측제품의 거품을 뺐다. 현재 Z 역산기술은 자오핑(肇平) 12호 등 40여 개 천부층·중층 지괴에 응용되고 있다.

중국과기대, 최초로 12개 초전도 큐비트의 실제 얽힘 제조

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최근, 중국과기대 판젠웨이(潘建偉) 연구팀은 최적의 종합성능을 보유한 양자점 확정성 얽힘 광원 및 세계 최대 규모 초전도 큐비트 얽힘 상태 12 비트 "클러스터 상태(Cluster state)" 제조를 구현하였다. 해당 연구성과는 "Physical Review Letters"에 게재되었다. 확장성 및 고정밀도 기반 양자상태 제조 및 제어 구현은 대규모 양자컴퓨팅 기술의 주요 어려움이다. 멀티 비트(Multibit) 양자얽힘은 양자컴퓨팅 기술의 핵심 지표이다. 쌍광자 얽힘은 확장성 양자 정보 처리의 핵심 자원으로서 그 성능의 주요 평가 지표는 충실도, 생성 및 추출 효율, 광자 동일성 등을 포함한다. 연구팀은 자기조립 반도체 인듐갈륨비소(InGaAs) 양자점을 이용하여 현재 종합성능이 가장 우수한 확정성 얽힘 광원을 구현하였으며 광대역 "타깃 아이(Target eye)" 공진 공동(Resonant cavity)을 설계함과 아울러 쌍광자 펄스 공명 활성화를 이용하여 최초로 충실도가 90%, 생성 효율이 59%, 추출 효율이 62%, 광자 비식별성이 90%인 얽힘 광원을 구현하였다. 해당 실험에서 개발한 고품질 얽힘 광원 기술은 향후 고효율 다광자 얽힘 실험 및 원거리 양자통신 등 분야에 이용될 전망이다. 더욱 큰 규모의 얽힘 상태 제조는 초전도 양자컴퓨팅 시스템의 종합성능 평가 주요 지표이다. 연구팀은 최초로 12개 초전도 큐비트의 실제 얽힘을 제조하였다. 검증 결과, 충실도가 70%에 달하여 기존의 10개 초전도 큐비트 얽힘 기록을 갱신하였다. 이는 현재까지 고체 양자 시스템에서 규모가 가장 큰 다광자 얽힘 상태로써 다음 단계에 대규모 무작위 채널 샘플링 및 확장성 단방향 양자컴퓨팅 구현에 기반을 마련하였다.

자율주행 시뮬레이션 테스트 기술로 실제 거리장면 시연

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최근, 난징(南京)항공항천대학 박사연구생 리웨이(李偉)가 연구개발한 자율주행 시뮬레이션 시스템은 야외 장면 스트리트 뷰(Street view) 합성 등 분야에서 기존의 시뮬레이션 기술의 한계를 극복하였다. 해당 연구성과는 "Science" 자매지인 "Science Robotics"에 게재되었다. 자율주행은 최근 핫이슈로 떠오르고 있는 연구개발 프로젝트로서 출시 전 시뮬레이션 테스트를 통하여 안전성을 평가하고 개선할 경우 연구개발 가속화에 도움이 된다. 해당 시스템은 기존의 시뮬레이션 기술과는 다른 더욱 현실적이고 정확한 자율주행 시뮬레이션 시스템(AADS)이다. AADS로 현실에 접근하는 도로 장면을 자동으로 형성하여 자율주행 차량에 더욱 신뢰적이고 저렴한 실험실 시뮬레이션 방법을 제공할 수 있기에 자율주행 시스템의 경로 계획 및 의사결정 알고리즘 훈련 및 테스트 평가에 광범위하게 이용될 수 있다. 기존의 시뮬레이션 시스템으로 실제 교통류(Traffic flow), 운전사와 행인의 상호작용 등 장면을 나타낼 경우 실제 환경과 비교적 큰 차이가 존재한다. AADS 과정에서 도로의 실제 상황에 대한 시뮬레이션 합성이 가장 큰 어려움으로 되고 있다. 연구팀은 비디오 및 사진을 이용하여 현실 세계의 도로 및 동작을 시연하였는데 해당 데이터 구동 방법은 더욱 현실적이고 유익한 교통 시연 모델을 제공하였다. AADS는 현실 환경과의 차이를 보완하였기에 현실에 더욱 접근한다.

중국 궤도교통, 세계 최초로 5G 시대 진입

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최근, 중처(中車)주저우(株洲)전기기관차연구원 산하 스다이(時代)전기주식유한회사에서 자체로 개발한 5G 통신기술 기반 대용량 데이터 덤프(Dump) 시스템(이하 "5G 덤프 시스템")이 청두(成都)기관구에서 열차 탑재 데이터 고속 다운로드를 성공적으로 구현하였다. 이는 중국 궤도교통이 세계 최초로 5G 시대에 진입하였음을 의미한다. 열차 운행 과정에서 생성되는 대량의 모니터링 데이터는 기관구에서 열차의 운영 유지보수를 연구 분석하는데 제공된다. 열차 장거리 라우팅(Routing), 승무교대제(Crew shifting system) 시행에 따라 열차 탑재 데이터 특히 열차 탑재 비디오 데이터가 급증되고 있다. 그러나 기존에 열차 탑재 비디오 데이터는 승무원이 USB 메모리를 이용하여 인공적으로 덤프하는 방식을 이용하였기에 USB 메모리 파괴, 비디오 데이터 분실 또는 인위적 피괴 등 문제가 발생하여 기관구에서의 운용 안전에 아주 큰 잠재위험을 가져다준다. 열차 탑재 비디오 데이터의 자동 무선 고속 다운로드를 구현하기 위해 중처주저우전기기관차연구원은 화웨이(華為)회사와 공동으로 궤도교통 응용에 적합한 5G 덤프 시스템을 개발함과 아울러 2018년 11월, 청두기관구에서 열차 탑재 응용을 구현하였다. 응용 결과, 해당 시스템은 10분 내에 55GB의 열차 탑재 데이터 쾌속 덤프를 완료할 수 있는데 이는 현재 표준 WLAN 동일한 작동상태 조건에서 전송 속도의 100배 이상에 달한다. 이로써 기존에 수동 조작 과정에서 나타나는 데이터 손실 및 이상 문제를 효과적으로 해결하여 기관차에 대한 응용 분석에 풍부한 데이터 지원을 제공함과 아울러 기관차 운행 안전을 효과적으로 보장할 수 있다. 현재 세계에서 일반적으로 사용되는 열차 탑재 데이터 덤프 시스템은 3G 또는 4G 통신으로 전송하기에 덤프 전송 효율이 비교적 낮다. 5G 덤프 시스템의 개발 성공은 빅데이터 지능 운영 유지보수 응용 조건에서의 데이터 전송에 존재하는 문제점을 해결하여 간선 기관차, 고속열차 및 도시철도 열차에 광범위하게 응용될 수 있을 뿐만 아니라 풍력, 전기 자동차 등 기타 영역에 응용되어 광대역 데이터 전송을 구현할 수 있기에 중국이 5G 시대에 국제 궤도교통 첨단 기술 시장을 선점하는데 강대한 기술 지원을 제공할 전망이다.

중국과기대, 최초로 얽힘교환 과정의 자기점검 실험적 구현

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최근 중국과기대학 궈광찬(郭光燦) 연구팀은 양자얽힘상태의 비국소성 및 Bell 기반 측정을 정량적으로 연계시켜 최초로 얽힘교환 과정에서 Bell 기반 측정의 자기점검을 구현했다. 해당 연구성과는 "Physical Review Letters"에 게재되었다. 양자얽힘은 양자통신 및 양자컴퓨팅의 주요 자원이다. 양자얽힘 네트워크 구축 과정에서 고품질 양자얽힘 상태를 재현해야 할 뿐만 아니라 노드 간 고품질 얽힘교환을 실현해야만 각 노드 간 얽힘을 달성할 수 있다. 얽힘교환은 Bell 기반 측정을 통해 구현한다. 예를 들어 애초에 Alice 노드에 A1과 A2라는 2개 입자가 얽혀있고 Bob 노드에 B1과 B2라는 2개 입자도 얽혀있다. 그러나 Alice와 Bob의 입자 사이는 서로 얽혀있지 않다. Alice와 Bob는 각자 A2와 B2라는 2개 입자(일반적으로 광자)를 약속한 지점에 발송해 Bell 기반 측정을 할 수 있는데 소모시킨 A2와 B2를 측정하는 대가로 원래 얽혀있지 않던 서로 다른 노드의 A1과 B1라는 2개 입자를 얽히게 할 수 있다. 장치 독립적 얽힘상태 및 Bell 기반 측정의 품질 점검을 학술계에서는 얽힘 자기점검이라 부른다. 장치에 대한 신뢰성이 없을 경우에도 자기점검을 통해 이미 구축한 양자얽힘 네트워크의 안전성을 보장할 수 있다. 앞서 연구팀은 얽힘상태 자기점검[Phys. Rev. Lett. 121, 240402 (2018)] 및 고차원 얽힘상태 자기점검[npj Quant. Info. 5, 4 (2019)]을 구현했다. 그러나 Bell 기반 측정에 한해 그 품질을 검측할 적합한 방법을 찾지 못했다. 따라서 그 정확성을 정량적으로 특성화할 방법이 없고 자기점검은 더구나 불가능하다. 연구팀은 Bell 기반 측정 및 얽힘상태의 비국소성 정량적 연계를 통해 광학시스템에서 실험적으로 장치 독립적 Bell 기반 측정에 대한 검측을 구현했다. 실험에서 얽힘교환시 발생한 둘의 얽힘에 대한 자기점검 외에 얽힘교환전의 2쌍 얽힘상태 독립성에 대한 자기점검도 수행했다. 이로써 실험 결과는 매우 양호한 강인성을 갖추었고 최종 Bell 기반 측정 관련 충실도 감정치는 0.87에 도달했다. 이는 세계 최초의 Bell 기반 측정 자기점검을 대상한 원리 검증실험으로서 양자얽힘 네트워크 자기점검 구현 및 양자네트워크 안전성 보장에 있어 걸림돌을 제거했다.

중국과기대, 강산란 환경에서 OAM 광통신 오류율 0.08% 달성

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최근 중국과기대학 물리학부 리인메이(李銀妹)/황쿤(黃坤) 연구팀은 생물조직 강산란을 극복해 생체세포 광제어를 달성한 연구성과를 기반으로 복잡 매질 라이트 필드 제어 기술을 OAM 광통신에 응용해 강산란 환경에서의 고품질 광통신을 구현했다. 해당 성과는 "Optical orbital-angular-momentum-multiplexed data transmission under high scattering"란 제목으로 "Light Science & Application"에 게재되었다. 최근에 궤도각운동량(Orbital Angular Momentum, OAM)은 고전통신 및 양자통신에 광범위하게 응용되고 있다. OAM은 이론상 무한 다차원의 직교기저(orthogonal basis)를 제공하므로 정보 부호화에 응용 가능하다. OAM 다중화 기술 기반 광통신은 통신속도를 향상시킬 수 있다. 하지만 무선 광통신에서 OAM을 지닌 광빔이 공간에서 전파시 대기 난류, 스모그 또는 공기속 먼지의 영향을 쉽게 받는다. 미세입자의 다중 산란은 광빔의 질량을 심각하게 저하시켜 수신단에서 광빔의 무작위 스펙클로의 변화를 초래해 통신 오류율을 증대시킨다. 따라서 강산란 조건에서 광정보의 정확한 전송 및 복원의 문제를 해결하는 것은 광통신 연구 및 응용에 중요한 의미가 있다. 상기 문제를 감안해 연구팀은 산란행렬 기반 정보복원 기술(scattering matrix-assisted retrieval technique, SMART)을 제안했다. 연구팀은 SMART 플랫폼을 이용해 여러 번 산란된 광학장에서 다수 OAM 신호채널속 정보를 추출했다. 광학 전송 실험에서 연구팀은 8개 신호채널과 24개 신호채널을 각각 사용해 그레이스케일 이미지와 컬러 이미지를 정확하게 전송했는데 오류율은 기존 보고 수치에 비해 20배 낮은 0.08% 이하에 도달했다. 연구팀이 제안한 SMART는 산란환경에서의 자유공간 광통신, 광섬유통신 및 양자통신을 위해 효과적인 기술수단을 제공했다.

중국에서 자체로 개발한 3개 항목의 삼진 대등 개체 인증 기술이 국제표준으로 선정

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2019년 3월 5일, WAPI 산업연맹 소식에 따르면 중국에서 자체로 개발한 3개 항목의 삼진 대등 개체 인증(TePA-EA) 기술이 공식 발표되어 국제표준화조직/국제전기기술위원회(ISO/IEC) 국제표준으로 되었다. 이는 중국이 기본기술 분야에서 거둔 주요 성과로서 글로벌 네트워크 안전을 위해 중요한 기여를 하였다. 또한 중국의 기술 혁신이 국제표준 기술 체계화 발전 과정에서 없어서는 안 될 부분으로 되었음을 의미한다. 개체 인증 기술은 인터넷 안전 분야의 기본 범용기술로서 네트워크 사용자에게 신분 식별 및 검증을 제공한다. 이번에 발표한 3개 항목의 TePA-EA 시리즈 기술은 개체 인증 국제표준 기술 체계에 단방향성 인증, 다중 온라인 신뢰성 제3자 등 메커니즘을 증가시켜 정보 비허가 사용, 오용(Misuse) 등 네트워크 정보 안전 잠재위험을 효과적으로 방지하였다. TePA-EA 시리즈 기술의 국제표준 제안은 WAPI 산업연맹에서 앞장서 추진하였으며 시뎬제퉁(西電捷通)회사, 무선네트워크안전기술국가공정실험실, 국가상업용암호키검측센터, 국가라디오모니터링센터 검사센터 등 연맹 회원 기관에서 공동으로 표준 프로젝트팀을 구성하였다. 시뎬제퉁회사는 해당 기술 체계의 주요 기술 기여 기관이다. TePA-EA는 국외 동종 기술에 비하여 안전성 및 사용성이 더욱 뛰어나다. ISO/IEC 9798 시리즈 개체 인증 국제표준의 모든 온라인 개체 인증 기술은 중국에서 제공하였다. 이에 앞서 시뎬제퉁회사에서 개발한 2개 항목의 개체 인증 기술이 2010년 국제표준으로 선정되었다.

윈저우테크, 수질관리용 5G 무인선박 선보여

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스페인 현지시간 2019년 2월 25일 바르셀로나에서 열린 2019년 세계이동통신대회에서 윈저우테크(Yunzhou Tech)가 에릭슨, 차이나모바일과 공동으로 개발한 5G 무인선박이 선을 보였다. 전시부스 구역 관람자는 전시관 밖 조경용 수역에 떠있는 윈저우 5G 무인선박에 자율운전 명령을 전송할 수도 있고 조작대를 통해 무인선박을 원격 조종할 수도 있다. 뿐만 아니라 현장의 대형 스크린을 통해 무인선박의 운행 상황을 실시간으로 관람할 수 있다. 현장 시연에 참가한 윈저우 5G 무인선박은 고화질 카메라, 수질 샘플링 설비 및 온라인 검측기를 탑재해 수역 정보 수집이 가능할 뿐만 아니라 수질 분포도, 샘플링 보고서 및 검사 보고서를 자동으로 작성할 수 있다. 동 무인선박은 5G 통신기술의 초고효율, 초대용량, 초저시간지연 등 3대 기술우위와 수역에 널리 분포된 수질 모니터링 센서 및 원격제어형 로봇팔 오수 샘플링 설비를 이용해 수역 정보 고화질 영상 실시간 전송, VR 백엔드 시연, 수질 모니터링, 무인선박 원격제어 응용 및 자율운전 제어를 달성할 수 있다. 이로써 전통적 수문 측량, 수질 샘플링·모니터링, 은폐배관 탐측, 환경집법·순시 등 수생태환경 감시관리 방식은 무인화 지능화 수환경 감시관리 방식으로 완전히 바뀌게 되는데 데이터 정확도는 효과적으로 높아지고 비용은 낮아지며 작업효율은 향상될 전망이다. 윈저우테크사는 5G 기술우위를 바탕으로 다양한 분야의 수요에 맞춰 더 많은 5G 기술 기반의 무인선박 제품을 출시할 계획이다.

상하이시, 훙차오역에 세계 첫 5G망 구축

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2019년 1월 18일, 차이나모바일 상하이지사는 세계 최초로 훙차오(虹橋)역에 5G 통신망 구축을 가동하여 2019년 9월 5G망의 전반적 커비러지를 완료할 계획이다. 이는 세계 최초로 인구가 밀집된 기차역에 배치한 대규모 5G 실내 네트워크로서 5G 전경 연속적 커버리지가 곧 현실로 될 전망이다. 현재 훙차오역에서 4G 휴대폰으로 화웨이(華為) CPE설비로 전환한 5G모바일 핫스팟(Hot spot)을 통하여 5G기술을 체험할 수 있다. 업계의 예측에 의하면 5G 시대에 70%의 업무는 실내 위주이다. 5G는 광대역, 저지연, 대량 접속 등 특성을 보유하고 있지만 5G 고주파의 저투과성 등 요인으로 5G망의 실내 커버리지는 아주 어렵다. 기차역은 전형적인 여객 밀집 장소이다. 훙차오역의 연간 여객 수송량은 6,000만 명을 초과하고 최고봉시기 일승객 수송량은 33만 명을 초과한다. 훙차오역의 거대 건축, 초고 승객량 및 트래픽량 등 특성은 5G 전경 커버리지의 최적 시범지역이다. 5G는 차세대 모바일 기술일 뿐만 아니라 향후 디지털 세계를 구축하는 핵심 인프라 시설이다. 훙차오역에 구축한 화웨이 5G 실내 디지털 시스템은 세계에서 유일한 상업용 5G 실내 제품으로서 네트워크 최대 속도가 1.2Gbps이다. 이는 크기가 2GB 고화질 영화를 20초 내에 다운로드할 수 있음을 의미한다. 5G 실내 디지털 시스템 응용 정경의 다양화에 따라 미래의 5G 정거장은 대량 승객의 고속 인터넷 접속 요구를 만족시킬 수 있을 뿐만 아니라 4K 고화질 영상통화, 초고화질 다중 채널 비디오 백홀 등 업무를 지원할 수 있다. 5G의 보급으로 기차역의 지능화 수준은 인간의 상상을 초월할 전망이다.

판젠웨이 연구팀, 2018년도 뉴컴 클리블랜드상 수상

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미국 현지시간 2019년 2월 14일, 워싱턴에서 열린 미국과학진흥회(AAAS) 연례회의에서 AAAS는 중국과기대학 판젠웨이(潘建偉) 연구팀인 "뭐쯔호(墨子號) 양자과학실험위성 연구팀"에 2018년도 뉴컴 클리블랜드상(Newcomb Cleveland Prize)을 수여했다. AAAS는 연구팀이 1,000km급 위성-지구 간 양방향 양자얽힘 분배를 구현해 대규모 양자통신 실험연구에 기여한 공로를 표창하기 위해 해당 상을 수상한다고 밝혔다. 중국 과학자가 본토에서 완성한 과학연구 성과가 뉴컴 클리블랜드상을 수상한 것은 해당 상이 설립된 후 처음이다. 1923년에 설립된 뉴컴 클리블랜드상은 1년에 한 번씩 수여하는데 전년도 6월부터 당년도 5월까지 "Science"에 게재된 수백 편의 논문에서 학술적 가치와 영향력이 가장 큰 성과 하나를 선정해 수여하는 상이다.