기술동향
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비결맞음 조작 조건에서의 양자상태 전환 구현

중국과학기술대학교 궈광찬(郭光燦) 연구팀은 폴란드 바르샤바대학교(University of Warsaw)/독일 울름대학교(University of Ulm) 이론물리학자와 공동으로 최초로 큐비트의 비결맞음 조작 조건에서의 전환문제를 이론적으로 완전히 해결함과 아울러 실험설계를 통해 이를 검증하였다. 해당 성과는 "npj Quantum information"에 게재되었다. 최근 엄밀한 양자결맞음성 정의의 제안은 양자결맞음성 자원이론의 발전을 촉진하고 있다. 양자중첩성(quantum superposition)을 정량화하는 양자결맞음성은 양자물리/양자정보학의 핵심으로서 다양한 양자임무(예를 들면, 양자컴퓨팅, 양자통신 등) 수행에 중요한 응용가치가 있다. 연구팀은 비결맞음 조작 조건에서의 큐비트 전환문제를 이론적으로 완전히 해결함과 아울러 해당 결과를 분산시스템(distributed system) 결맞음 전환 연구에 확장시킴으로써 이체(two-body) 순수상태(pure state)의 보조적 전환을 완전히 해결함과 아울러 혼합상태(mixed state)의 보조적 전환도 일부분 해결하였다. 연구팀은 상기 이론적 작업을 토대로 일련의 실험을 설계해 이를 검증하였다. 연구팀은 큐비트를 광자의 편광상태(polarization state)에 인코딩하여 최초로 완전 광학적 엄격한 비결맞음 조작장치를 설계하였다. 또한 단일큐비트/분산시스템에서 큐비트의 비결맞음 조작 조건에서의 전환을 고충실도로 구현하였다. 실험 결과, 광학기술을 이용해 양자상태의 비결맞음 조작 조건에서의 전환연구를 쉽게 수행할 수 있었다. 이는 구체적인 응용에서 기존의 광학기술로 결맞음성 전환을 구현하는데 기반을 마련하였다.

knet.cn 도메인장비, IPv6골드인증에 통과

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일전에 중국이 자체적으로 개발한 전용 도메인자비는 세계에서 IPv6골드인증에 통과한 첫 상용DNS장비, 또한 DNSSEC를 전반적으로 지원하는 첫 중국 상업용DNS장비로 주목을 받았다. IPv4기술에 따라서 발전한 과정을 거친 후 IPv6도메인네임 기술서비스의 차원에서 중국은 세계에서 선도적 위상을 확보하였다. 이는 중국 IPv6기반 차세대 트러스티드 네트워크(Trusted Network)를 구축하기 위한 기술보장과 기술우위를 제공하였다. IPv4주소 고갈에 따라 IPv6를 핵심기술로 하는 차세대 인터넷은 점점 다가오고 있다. 도메인네임시스템은 IPv4시대의 네트워크 기초서비스로서 인터넷에 안보역할을 수행하였다. knet.cn(中网)가 출시한 도메인네임 안전운영 토탈솔루션(域名安全运维整体解决方案)은 IPv6기반 트러스티드 도메인네임시스템의 중요 구성이다. 이 토탈솔수션은 IPv6를 지원하고 전환기에 있는 네트워크프로토콜의 업그레이드와 전환을 지원한다. 이외에 네트워크안보를 보장하기 위해 DNSSEC를 전반적으로 지원하여 도메인네임서비스체계운영에 대한 분석도 실시할 수 있다. 이 솔루션의 출시는 IPv6시대 중국 도메인네임서비스의 안전계수를 효과적으로 높일 수 있다. 마오워이(毛伟) knet.cn사장 겸 CNNIC 수석과학자는 “도메인네임시스템의 안보를 확보하는 것은 인터넷안보 보호, IPv6네트워크발전 촉진에 중요한 의의가 있다”고 말하였다. knet.cn가 개발한 차세대 도메인네임 안전운연 토탈솔루션이 출시됨에 따라 상업용이 부족한 IPv6네트워크기반 도메인네임서비스기술은 중국에서 새로운 발전단계에 접어들었다.

심천 클라우드컴퓨팅 국제공동실험실 오픈

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원격데이터센터에는 수천만대 컴퓨터와 서버는 컴퓨터 ‘클라우드’를 형성한다. 사용자는 컴퓨터, 노트북, 휴대전화 등 방식으로 데이터센터에 접속하고 10테라옵스(teraOPS)의 컴퓨팅성능을 체험할 수 있다. 4월8일 심천 클라우드컴퓨팅 국제공동실험실(深圳云计算国际联合实验室)은 오픈하였다. 이 실험실은 심천 클라우드컴퓨팅산업협회가 인텔, IBM, Kingdee 등 국내외 유관기업들과 제휴하여 창립한 전문적 기술과 응용R&D실험실이다. 실험실의 주요 역할은 심천 관계 기업들이 개발한 클라우드컴퓨팅기술과 응용의 소프트웨어와 하드웨어 최적화를 실시하고, 각종 클라우드컴퓨팅 응용과 서비스의 시장화를 인증하는 것이다. 이외에 국내외 전문가를 요청하여 기술교육을 실시하며, 중소기업을 비롯한 사용자에 시용기회 등을 제공한다. 현재 실험실에 선정된 제품은 인텔의 클러우드컴퓨팅 솔루션, Kingdee의 사회서비스 클라우드플랫폼시스템 등을 포함한다. 우지촨(吳基傳) 중국전자학회 이사장은 심천시가 클라우드컴퓨팅기술을 발전시키는 전망이 밝다고 말하였다. 혁신적 정보서비스모델로서 클라우드컴퓨팅은 3년 발전을 거쳐 ‘클라우드’에서 실제로 보고 만질 수 있는 것으로 전환하였다. 그는 “심천시는 중국에서 클라우드컴퓨팅협회를 우선 성립하고 양호한 산업기반을 갖추고 있으며, 도전과 기회를 동시 직면하고 있다. 심천시는 자체 우위를 살려서 단계별로 탐사해야 한다”고 강조하였다. 중국이 비준한 첫 차 국가클라우드컴퓨팅발전 혁신·시범도시 중 하나로서 심천시는 클러우드컴퓨팅 산업전략과 실시프로그램을 우선 마련하고 중국 첫 클라우드컴퓨팅산업협회를 성립하였다. 2010년 연말 심천시에 클라우드컴퓨팅 응용에 종사하는 기업은 300개 이상이고, 이중에 화위(华为), 중흥(中兴), Kingdee(金蝶) 등 선도기업을 포함한다.

12.5 동안 ‘핵심 전자소자, 하이엔드 범용칩 및 기본소프트웨어제품’프로젝트를 통해 핵심기술 개발

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중국 공업과 신식화부에 의하면, ‘12.5동안’ 중국은 ‘핵심 전자소자, 하이엔드 범용칩 및 기본소프트웨어제품(核高基)’ 중대 프로젝트를 통해 하이엔드 범용칩과 기본소프트웨어제품의 결합을 더욱 촉진할 예정이다. 웹화 계기를 활용하여 중요 애플리케이션을 착수점으로, 핵심기술개발`산업화실현을 주요 임무로, 시정점유율 향상을 목표로 하여 통일적으로 계획하고 전반적으로 추진한다. 기업 참여를 강화하고 산업 핵심경쟁력 제고를 추진한다. 프로젝트 부총엔지니어, 청화대학교 웨이사오쥔(魏少军)교수에 의하면, ‘12.5’동안 중국은 이 프로젝트를 통해 기업이 주체로 하는 기술혁신체계 발전을 더욱 추진하고 ‘국가의 목표, 시장의 요구, 기업의 제안, 전문가의 총괄, 기관의 결책, 기업의 실시’방안을 실시하며 시장의 역할을 확대시킬 계획이다. ‘12.5’ 동안 전문프로젝트를 실시하는 기술관리를 탐색하고 각각 다른 기술단계의 프로젝트에 대해 차별화된 지원과 관리모델을 마련할 예정이다. 전문 프로젝트를 기반으로 하여 ‘12.5’말기까지 중국 집적회로디자인산업이 세계에서 차지한 비중을 12~15%로 제고하고, 기본소프트웨어제품의 시장점유율을 더욱 높이며, 전자정보산업의 이윤율을 대폭 확대한다. 이로써 2020년 국제경쟁력을 갖춘 하이엔드 법용칩과 기본소프트웨어제품 R&D와 산업화체계를 구축하고 국제 집적회로와 소프트웨어산업체인에서 중요한 위상을 차지하는 기반을 마련한다.   ‘11.5’ 동안 ‘핵심 전자소자, 하이엔드 범용칩 및 기본소프트웨어제품’프로젝트를 통해 220건 과제를 안배하고, 전국 23개 성(省)과 시의 300여개 기업과 대학교, 3.7만 명 과학기술자는 프로젝트를 참여하였다. 2010년12월까지 전문프로젝트를 통해 2,247건 특허를 출원하였으며, 이중에 발명특허는 2,123건이었다. 220건 특허권을 획득하였으며, 이중에 발명특허는 220건이었다. 이 프로젝트는 중국 전자정보산업의 자체혁신능력과 국제경쟁력을 높이고 관련 산업의 신속발전을 촉진하였으며, 중국과 국제 선진수준의 격차를 줄이고 전자장비와 국방장비의 자주적, 통제적 발전을 보장하는 능력을 높였다. ‘12.5’ 동안 ‘핵심 전자소자, 하이엔드 범용칩 및 기본소프트웨어제품’프로젝트는 중요한 단계에 진입할 예상이다. 이 단계의 중점은 국제산업체인에 중요한 위상, 최고점과 주도권을 선점하는 것을 강조하고 중국 전자정보산업이 ‘방대(尨大)’에서 ‘강대(强大)’로의 전략적 전환을 지원하는 것이다.

360브라우저 ‘심리스 듀얼 코어’ 출시

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국가 특허출원이 완료된 360브라우저 초고속 버전은 최근에 출시되었다. 처음으로 개발된 브라우저 ‘심리즈 듀얼 코어’기술로 인해 중국 브라우저 시장은 새로운 변화를 맞이하였다. 전통적 듀얼 코어 브라우저는 하나의 브라우저에 2개 브라우저엔진을 포함하는 것뿐이기 때문에 사용자가 브라우저모드를 전환할 때 2 브라우저엔진은 데이터를 교환할 수 없다. 온라인 쇼핑 과정에서 듀얼 코어 스위치가 발생하면 오더 등 데이터의 유실을 초래할 수 있어서 사용자는 온라인 구매와 결재의 프로세스를 완성할 수 없다. 실제 온라인쇼핑 과정에서 전통적 듀얼코어 브라우저는 결재를 완성하기 위해 호환성모델의 작동을 묵인하였으며, 이로써 듀얼코어의 속도장점을 살릴 수 없었다. 진정한 듀얼코어는 이 문제를 해결할 수 있다. 360브라우저 초고속버전은 심리스 스위칭의 듀얼코어 이념을 처음으로 활용하였다. 360브라우저 초고속버전 사용자는 온라인 쇼핑 등 실제과정에서 모든 프로세스를 초고속 모델로 열 수 있으며, 최종 결재페이지에만 호환성모드를 사용하면 된다. 이 과정에서 전송된 온라인 오더 등 데이터는 유시되지 않을 것임으로써 듀얼코어의 속도우위는 진정히 살릴 수 있다.   360브라우저 초고속버전은 Chromium를 기반으로 하고 코어엔진을 첨가하여 듀얼코어 간 기능과 데이터의 공유를 실현한다. 사용자는 Chromium코어를 사용한 초고속모드 처리 페이지를 묵인할 수 있고, 듀얼코어엔진의 자동 심리스 스위칭을 통해 국내 인터넷 애플리케이션(쇼핑, 인터넷뱅킹)을 거침없이 즐길 수 있다.

독자 개발한 항성센서 장착한 차세대 베이더우(北斗)위성

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최근, 중국과학원 광전기술연구소(光电技术研究所)에서 개발한 항성 센서(star-sensor)가 5번째 차세대 베이더우(北斗) 항법 위성에 장착되어 위성의 자세를 정밀하게 조절하고 순조롭게 궤도에 진입하였다. 항성 센서는 위성 자세 및 궤도 제어 서브 시스템으로서 위성 플랫폼에 장착되어 위성의 자세 측정 임무를 담당하고 있으며 여러 가지 항성에 대한 영상, 식별, 추적, 솔루션 등 과정을 통하여 위성의 완전 자율적 자세 측정을 구현한다. 기타 자세 및 궤도 제어 측정 장치에 비해 항성 센서는 자세 측정 정밀도가 가장 높은 스탠드 얼론(stand alone)으로서 자세 측정 정밀도는 각초급(각도를 도분초로 구분할 때 초단위의 정밀도를 가짐을 의미) 심지어 서브 각초급에 달한다. 또한, 위성 플랫폼에서 가장 주요한 측정 장치로서 현대의 선진적 위성 자세 및 궤도 제어 기술의 발전 방향을 보여주고 있다. 20세기 90년대로부터 광전기술연구소는 위성 자세 및 궤도 제어 시스템에 장착할 수 있는 최초의 항성 센서와 궤도에서 응용할 수 있는 최초의 고궤도 항성 센서를 성공적으로 연구 개발하였다. 현재 연구소에서 개발하고 있는 항성 센서는 10여 가지 모델에 100대(세트)를 초과한다.

중국의 "인공태양", 지속시간 102s의 플라즈마 방전 구현

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최근, 중국과학원 허페이물질과학연구원은 “인공태양” EAST 물리실험에서 전자 온도가 5,000만℃에 도달하고 지속시간이 세계에서 가장 긴 플라스마 방전을 구현하였다. 이는 중국이 안정상태 자기밀폐형 핵융합 연구에서 계속하여 세계 선두를 달리고 있다는 것을 시사한다. 중국의 초전도 토카막 핵융합 실험장치 EAST와 중국, 미국, 러시아, 한국, 일본, 인도, 유럽이 공동으로 추진하고 있는 국제 열핵융합 실험로 ITER의 궁극적 목표는 “인공태양”을 조성하여 인류에 무궁무진한 친환경 에너지를 공급하는데 있다. 초고온 롱펄스 플라스마 방전은 미래 핵융합로의 기본 실행모드이다. 현재 국제적으로 유럽과 일본만이 최대 60초에 도달하는 하이 파라미터 디버터(Divertor) 플라스마를 획득하였다. 연구팀은 최근 EAST 실험에서 전자 온도가 5,000만℃를 넘고 지속시간이 102초에 도달하는 초고온 롱펄스 플라스마 방전을 구현하였는데 이는 현재 토카막 실험장치를 사용하여 전자 온도 5,000만℃에서 구현한 세계에서 가장 긴 플라스마 방전이다. EAST의 기정 과학목표는 1억℃와 1,000초의 플라스마 방전을 달성하는 것이며 아직 넘어야할 과학적·기술적 도전은 적지 않다. EAST는 국제 안정상태 자기밀폐형 핵융합 연구를 위한 중요한 실험 플랫폼으로서 연구성과는 향후 국제 열핵융합 실험로 ITER가 안정상태 고밀폐 방전을 달성하는데 과학·공학적 실험정보를 제공하고 중국 차세대 핵융합 장치 예비 연구에 중요한 과학적 토대를 마련할 것으로 전망된다.

다섯번째 차세대 베이더우 항법 위성 발사

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2016년 2월 1일 오후 3시 29분, 중국 시창(西昌)위성발사센터에서 창정3호병(長征三號丙) 운반로켓과 위안정1호(遠征一號) 상부저장추진제로 다섯번째 차세대 베이더우(北斗) 항법 위성을 예정된 궤도에 진입시켰다. 이로써 베이더우 시스템의 글로벌 네트워킹이 서막을 열었다. 지구 중궤도(MEO, Medium Earth Orbit) 위성에 속하는 해당 베이더우 항법 위성에는 새로운 항법 위성 전용 플랫폼이 사용되었으며, 또한 위성간 링크, 위성 탑재용 원자시계와 하행 항법 신호 등 분야에도 여러가지 새로운 기술이 사용되었다. 다섯번째 차세대 베이더우 항법 위성은 궤도에 진입한 후, 2015년에 발사된 4개 차세대 베이더우 항법 위성과 함께 위성간 링크, 신형 항법 신호 체제 등 시험, 검증 작업을 진행할 예정이다. 이번에 발사한 위성은 중국과학원 소형위성혁신연구원과 중국전자과기그룹회사(中國電子科技集團公司)가 공동으로 연구 개발하였으며 운반로켓은 중국항천과기그룹회사 산하의 중국운반로켓기술연구원에서 연구 개발하였다.

중국 일대일로 전략을 지원하는 우주외교 성과

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2016년 1월 19~23일, 시진핑(習近平) 국가주석이 사우디아라비아, 이집트, 이란 등 세 나라를 공식 방문했다. 이번 방문을 통해 중국 우주 외교를 통한 “일대일로” 전략 실행에 강력한 지원을 제공할 것으로 예상된다. 1월 19일, 중국은 사우디아라비아와 “중국-사우디아라비아 위성항법 분야 협력 양해 각서”를 체결했다. 해당 양해 각서의 체결은 베이더우(北斗) 시스템이 아라비아 국가에서의 활용을 추진하는데 견고한 기반을 마련했다. 1월 20일, 이집트 카이로 아랍국가연맹 총부에서 중국 위성항법시스템 관리사무실은 아랍 정보통신기술기구(AICTO)와 “중국-아랍 위성항법 분야 협력 양해 각서”를 체결했다. 해당 양해 각서는 베이더우가 아랍국가연맹 비서처를 연결고리로서, 아랍국가연맹과 위성항법 분야에 관한 정식 협력 메커니즘을 구축하였으며 베이더우 시스템이 아랍국가에서의 활용을 추진하는데 든든한 기반을 제공함을 의미한다. 1월 22일, 중국은 이집트와 “이집트2호 원격탐사 위성 및 후속 위성 협력에 관한 양해 각서”를 체결했다. 또한, 중국, 이집트 양국은 이집트 위성 조립·통합시험센터의 프로젝트 추진과 이집트2호 원격탐사 위성에 관한 협력을 목적으로 교류를 진행하고 위성 통신, 항법 등 분야의 협력 사항을 토의하였다. 해당 프로젝트는 중국의 첫 이집트를 지원하는 우주협력 프로젝트로서, 중국항천과기그룹회사 (中國航太科技集團公司) 제5연구원 조립· 환경공정부에서 프로젝트 기술 협상 작업을 담당하고 있다. 해당 프로젝트의 실행은 중국-이집트 우주 기술 분야의 협력에 기반을 제공하고 아프리카 지역에서 중국 우주의 영향력을 향상시키며 중국의 관련 하이테크 산업과 이집트의 협력을 유도할 것으로 기대된다.

베이징생명과학연구원, 환형 RNA 연구에서 획기적인 결과도출

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최근 중국과학원 베이징(北京)생명과학연구원 컴퓨팅유전체실험실 자오팡칭(趙方慶) 연구팀은 컴퓨팅과 실험을 결합한 수단으로 최초로 환형 RNA 내부구조를 심층 탐색하여 일반적인 4종의 선택적 이어맞추기 유형을 발견하였으며, 환형 RNA의 선택적 이어맞추기는 mRNA 이어맞추기와 다른 조절 메커니즘을 갖고 있음을 제안하였다. 해당 연구 성과는 2016년 6월 28일, Comprehensive identification of internal structure and alternative splicing events in circular RNAs라는 제목으로 국제학술저널 Nature Communications에 온라인으로 발표되었다. 최근 몇 년간 연구에 의하면 환형 RNA는 동물세포 내에 보편적으로 존재하며 그중 일부 종류는 중요한 생물학적 기능을 갖고 있다. 최신 연구에 의하면 개별적 환형 RNA는 이미 전부 알려진 엑손으로 구성된 것이 아니라 특수한 내부구조를 갖고 있다. 환형 RNA는 mRNA에 비해 발현량이 낮고 mRNA와 유전체 위치에서 비교적 고빈도로 중첩된다. 따라서 기존 환형 RNA에 대한 식별 연구는 모두 환형 접합 사이트를 검출하는데 집중되었고, 환형 RNA의 내부구조와 선택적 이어맞추기에 대한 전면적 탐구를 위한 고처리량 수단은 아직까지 없다. 이는 환형 RNA 구성 및 구조에 대한 인식을 크게 제한하였다. 자오팡칭 연구팀은 창의적으로 환형 RNA 접합 사이트 시퀀싱 리드 쌍(back-spliced junction read pairs)에 기반한 분할 비교대조 특성을 제안하였으며, 환형 RNA 엑손 구조와 선택적 이어맞추기를 정확하게 식별할 수 있는 연구를 진행하였다. 또한 롱리드 시퀀싱 분석과 실험 검증과 결합시켜 10가지 인류 세포계와 62가지 초파리 다양한 조직과 발달시기 샘플에서 환형 RNA 내부구조 특성을 전면적으로 조사하였다. 결과, 선택적 이어맞추기 현상은 환형 RNA 내부에 보편적으로 존재하였으며 위치 결정에서 뚜렷한 핵내로의 방향을 나타냈고 동시에 조직과 발달 단계에서 특이한 발현 패턴을 나타냈다. 특히 연구팀이 발견한 선택적 이어맞추기는 상대 풍도가 mRNA와 뚜렷하게 달랐으며 비교적 큰 비율의 엑손은 mRNA에서 발현되지 않았다. 생물정보학 분석 결과, 환형 선택적 이어맞추기는 mRNA와 다른 이어맞추기 인자와 연관이 있으며 이는 환형 RNA 선택적 이어맞추기는 이미 알려진 메커니즘과 다른 조절작용을 받을 수 있다는 것을 입증한다. 해당 연구는 환형 RNA 형성 메커니즘과 기능 연구에 새로운 관점을 제공하였다.

칭화대, 자폐증 위험 유전자의 원인 표적 발견

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최근 칭화(清華)대학교 연구팀은 다양한 자폐증 위험 유전자의 공동 작용 표적을 찾았다. 해당 성과는 최근 ‘Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, PNAS’ 잡지에 발표되었다. 칭화대학교 생명과학대학의 중이(钟毅) 교수가 교신 저자이다. 자폐증은 발달 장애 유형의 질병으로써 심한 사회적 상호작용 행동 변화를 초래한다. 주로 사회적 상호작용 장애, 의사소통 장애, 반복적 행동, 비정상적 행위, 언어 발달 지체 등으로 그 증세를 나타낸다. 환자는 보통 3세 이전에 문제가 나타나기 시작하여 평생 지속되며 자립적 생활이 어렵다. 지금까지, 자폐증 치료 약물은 아직 찾지 못하였다. 자폐증의 병인은 매우 복잡하며 대량적 위험 유전자 및 환경요소와 관련이 있다. 그러나 자폐 범주성 장애에 대한 인지와 분자 메커니즘은 밝혀지지 않고 있으며 또한 핵심적 증상을 일으키는 발병 경로를 평가분석하기도 쉽지 않다. 연구팀은 역전학습(reversal-learning) 임무를 통하여 초파리의 행동에 따른 융연성을 측정하였다. 분석결과, 5개 자폐증 감수성유전자(Fragile X mental retardation 1, Ubiquitin-protein ligase E3A, Neurexin-1, Neuroligin 4, Tuberous sclerosis complex 1)는 초파리로 하여금 큰 학습 결함을 보이게 하였다. 심층 연구 결과, 이러한 결함이 나타나는 원인은 초파리가 Rac1을 활성화하지 못하여 그 전에 형성된 기억을 잊어버리기 때문이다. 이는 상술한 자폐증 위험 유전자가 모두 Rac1의 망각 기능에 의존한다는 것을 입증한다. 자폐 범주성 장애(ASD)는 흔히 대뇌 발달 결함에 인한것으로써 순수한 대뇌 질병으로 인식된다. 그러나 최근 하버드의학대학 연구팀 발견에 의하면 자폐증 환자의 촉각 감지, 불안정성과 사회 상호작용 장애는 외주 신경과 관계되며 이러한 신경은 감각 정보를 대뇌에 전달한다. 인류 소화기관에 대량의 미생물이 존재하며 장내 미생물군으로 불리운다. 2016년 6월 16일, Baylor 의학대학 연구팀이 Cell 잡지에 발표한데 의하면, 한가지 장내 균의 결핍은 쥐로 하여금 자폐 범주성 장애와 유사한 사회 상호작용 장애가 나타나게 한다. 결함이 있는 쥐의 장에 이러한 장내균을 보충하였을 경우, 쥐의 일부 행동 결함을 역전시킬 수 있다. 2015년 말, 하버드대학교 연구팀은 최초로 인류 대뇌의 신경전달물질과 자폐증 행동을 연결시켰다. 그 결과, 시각 테스트에 의해 자극된 자폐증 대뇌와 정상 대뇌의 반응은 서로 달랐다. 이러한 차이는 GABA(대뇌의 주요한 억제성 신경전달물질)의 신호경로 붕괴와 관련된다. 이 획기적인 성과는 자폐증을 이해하고 진단하며 치료하는데 매우 귀한 정보를 제공하였다.

중국과학원자동화연구소 뇌네트워크조직연구센터, 신형 인간 뇌지도 작성

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최근, 중국과학원자동화연구소 뇌네트워크조직연구센터 장톈쯔(蔣田仔) 연구팀은 중국내외의 기타 연구팀과 공동으로 6년동안의 노력을 거쳐 인간 뇌지도를 작성하였다. 해당 뇌지도는 246개의 정밀한 뇌 영역 하위 영역 그리고 뇌 영역 하위 영역 사이의 다중 모드 연결 패턴을 포함하고 있다. 이는 현재 가장 많이 사용되고 있는 독일의 신경과학자 브로드만(Brodman)이 약 100년 전에 작성한 뇌지도에 비하여 4~5배 정밀하며 또한 최초로 거시적 차원에서 생체의 전체 뇌 연결 지도를 구축하였다. 해당 연구성과는 국제 간행물 “Cerebral Cortex”에 온라인으로 발표되었다. 기존의 브로드만 지도는 브로드만이 한 사람의 신체 조직 샘플에서 세포를 이용하여 작성한 것이다. 연구팀은 전통적인 지도 작성의 병목을 획기적으로 돌파하여 “뇌 구조와 기능 연결 정보”로 뇌 네트워크 조직 지도를 작성하는 관점으로 뇌 구조와 기능 연결 정보를 도입하여 뇌 영역에 대한 정밀한 분할 및 뇌 지도를 작성하는 새로운 관점과 방법을 제안한 후 2010년부터 공동으로 해당 연구를 추진하였다. 뇌 네트워크 조직 지도는 정밀한 대뇌피질 뇌 영역 및 피질하부 세포핵 하위 영역 구조를 포함하였을 뿐만아니라 또한 생체내 다양한 뇌 영역 하위 영역의 해부 및 기능 연결 패턴을 정량적으로 구현하였다. 그러므로 해당 뇌 네트워크 조직 지도는 각 하위 영역의 구조와 기능 연결 패턴을 제공할 수 있어 각 하위 영역의 조직 패턴 및 기능을 확정하는데 중요한 의미가 있다. 이는 거시적 차원에서 뇌와 행위의 관계를 연구하는데 필수적인 도구를 제공하였으며 또한 향후 뇌 지능과 유사한 시스템을 설계하는데 중요한 아이디어를 제공하였다. 그리고 뇌 네트워크 조직 지도는 개체화된 정밀한 뇌 영역 하위 영역 및 정량적인 연결 패턴을 제공할 수 있어 신경 및 정신질환을 치료하는 새로운 기술에 정확한 질환 위치를 제공할 수 있을 뿐만 아니라 뇌졸중 손상 영역 및 간질병소의위치확정, 신경외과 수술 과정중 뇌 신경교종 제거 등에 기여 할 것으로 전망된다.

방사·복사의학연구소, B형 간염바이러스를 억제하는 새 유전자 발견

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최근, 군사의학과학원 방사·복사의학연구소 저우강차오(周鋼橋) 연구팀은 유전학, 바이러스학, 기능·분자메커니즘 등 다양한 각도에서 최초로 “정합 인자 복합체” 유전자 INTS10가 인체 선천성 면역 기능을 활성화시킬 수 있고 B형 간염바이러스 복제를 억제시키는 작용을 일으킨다는 것을 발견하였다. 해당 연구성과는 “정합 인자 복합체”가 병원성 미생물 감염을 억제시키는 새로운 작용을 갖고 있다는 것을 최초로 규명하여 해당 연구를 진행하는데 새로운 방향을 개척하였으며 또한 B형 간염을 효과적으로 예방 치료하는데 이론적 근거 및 새로운 후보 생물 표적을 제공하였다. 해당 연구성과는 이미 “Nature Communications” 잡지에 발표되었다. 연구팀은 약 1만건 이상의 전체 유전자 성분형 데이터를 수집한 후 그 가운데서 1,251명의 B형 간염바이러스 만성 감염자와 1,057건의 B형 간염바이러스 감염이 자연적으로 제거된 대조 개체를 선발하여 2개 그룹의 유전학적 차이를 체계적으로 비교하였다. 그리고 중국내 기타 4개 지역의 3,905명 감염자와 3,356건 대조 개체 중에서 해당 유전적 차이에 대한 대규모적인 검증을 진행하여 염색체 8p21.3 위치에서 새로운 B형 간염바이러스와 관련된 유전자 영역을 발견하였다. 해당 영역의 INTS10 유전자는 세포내 RIG-I 유사 수용체 경로 중의 핵심 분자 IRF3을 활성화시킬 수 있으며 또한 Ⅲ형 인터페론의 발현을 뚜렷하게 촉진시켜 최종적으로 B형 간염바이러스의 복제를 억제시키는 기능을 일으킨다. “정합 인자 복합체”는 약 12개 이상의 구성원으로 조성된 다기능 단백질 복합물로서 리보핵산의 가공을 유도할 수 있으며 더 나아가 유전체 손상 응답, 종양의 발생.발전 등 면에서 중요한 작용을 일으킨다. 인터페론이 유발한 면역반응은 B형 간염바이러스 감염을 억제하는 핵심이며, 연구 과정에서 간세포 자체가 Ⅲ형 인터페론을 분비할 수 있어 B형 간염바이러스 복제를 억제하는 작용을 일으킨다는 것을 발견하였는데 이는 Ⅲ형 인터페론으로 만성 B형 간염을 치료하는데 새로운 이론적 근거를 제공하였다.

중국공정원, 비전통 천연가스 개발이용 전략적 연구에 착수

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비전통 천연가스 개발로 에너지 판도가 바뀔 전망 6월 20일 중국공정원은 북경시에서 2011년 중대자문프로젝트인 ‘중국 비전통 천연가스 개발이용 전략적 연구’에 착수했다. 쉬쾅디(徐匡迪) 중국공정원 주석단 명예주석과 저우지쥔(周济均) 중국공정원 원장은 전략적 국가차원에서 프로젝트의 중대한 의미를 인식해야 한다고 밝혔다. 중동과 북아프리카의 정치적 혼란, 일본의 지진과 해일로 인한 핵위기 사태로 세계 에너지 공급과 이용 및 안전 문제가 대두하고 있다. 세계 주요 국가들은 오일가격, 안전, 기후변화 대처 압력에 직면하여 전략을 조정하고, 대체에너지 모색과 에너지 신기술 개발에 적극 나서고 있다. 이러한 배경에서 천연가스의 세계 에너지구조에서의 지위가 뚜렷이 높아지고 있다. 프로젝트 책임자 셰커창(谢克昌) 중국공정원 부원장은 천연가스가 미래 25년 사이에 주요 역할을 발휘하며, 21세기가 천연가스의 세기라고 하면서 프로젝트 입안배경에 대해 “천연가스 공급의 증가는 세계 경제 활성화, 경제운영비용 절감, 경제성장에 이롭다.”라고 소개했다. 비전통 천연가스의 급속한 개발이용에 힘입어 전통 에너지 이익관계로 구축된 지정학적 구조가 조정에 직면하여 세계 에너지 판도가 바뀔 것이라는 지적이다. 푸훙쥬(濮洪九) 중국석탄학회 이사장은 비전통 천연가스 개발이용은 석탄의 과소비를 줄일 수 있는 한편, 석탄의 채굴안전을 확보할 수 있다고 지적했다. 비전통 천연가스에는 혈암가스, 치밀가스, 석탄층가스, 천연가스수화물이 포함된다. 기본 구성은 천연가스와 비슷하며, 화석에너지에서 보다 깨끗한 에너지다. 세계 비전통 천연가스는 전통 천연가스 자원의 8.3배인 4,000조㎥로 자원이 풍부하다. 지난 10년간 세계 비전통가스는 이용량이 늘어나고, 비전통 천연가스는 생산량이 급증했다. 2008년 비전통 천연가스 생산량이 천연가스 생산량의 18%이며, 미국의 2010년 비전통 천연가스 생산량은 천연가스 생산량의 50%를 넘어섰다. 중국의 비전통 천연가스는 전통 천연가스의 5배 이상으로 자원이 풍부하다. 그러나 미국을 비롯한 선진국에 비해 중국의 비전통 천연가스 탐사 연구는 초기발전단계에 놓여있어 개발 잠재력이 크다. ‘중국 비전통 천연가스 개발이용 전략적 연구’프로젝트는 국제 에너지 구도변화를 추적하고, 중국 비전통 천연가스 형성의 지질조건, 자원분포, 부존법칙에 대한 조사연구 및 해외 비전통 천연가스와의 대조분석을 통해 중국 비전통 천연가스 탐사개발 핵심기술, 발전전략, 정책적 건의를 제시함으로써, 향후 10-15년 국가 에너지 전략적 정책결정과 계획을 위한 과학적 근거를 제공한다는 방침이다. 프로젝트 실시기간은 10개월, 참여 전문가는 150명(그 중 원사 26명)이고, 투입경비는 850만 위안이다.

금사강의 4개 대형수력발전소 건설 본격화, 삼협댐의 2배 규모

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중국장강삼협그룹은 6월 19일 북경시에서 최초로 사회적 책임 보고서를 발표하고, 금사강(金沙江)의 계락도(溪洛渡), 향가패(向家坝), 오동덕(乌东德), 백학탄(白鹤滩) 등 4개 대형 수력발전소 건설에 본격적으로 나서고 있다고 지적했다. 이 4개 수력발전소의 계획 설비용량은 4,300만kW로 삼협댐공정의 2배 규모에 해당하며, 연간 발전량은 1,900억kW/h다. 금사강은 장강의 상류이며, 유역면적은 47만 3,200㎢로, 장강 유역면적의 26%이다. 수량이 풍부하고 안정적이며, 낙차가 크고 집중되어 세계적으로도 수력자원이 풍부한 하천으로 유명하다. 수력자원 비축량은 1억 124억kW로 중국의 16.7%이며, 개발 가능한 수력자원은 9,000만kW이다. 계락도수력발전소는 2005년 건설에 착수하여 2013년 발전을 개시할 계획이며, 총 설비용량은 1,386만kW로, 중국의 2대, 세계 3대 수력발전소다. 향가패수력발전소는 2006년 건설에 착수하여 2012년 발전을 개시할 계획이며, 총 설비용량은 640만kW이다. 중국장강삼협그룹은 현재 오동덕과 백학탄 수력발전소 건설을 준비하고 있다. 이 두 발전소는 금사강 하류 개발 2기공사다. 2010년 국가발전개혁위원회가 이 두 발전소의 준비사업을 허가함으로써 금사강 하류 수력발전소 개발이 전반적으로 추진되었다.

심천선진기술연구원, 차세대 태양전지 공동연구 진전

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6월 초 중국과학원 심천선진기술연구원은 홍콩중문대학과 공동으로 광전 변환효율이 17%에 달하는 세계 최고수준과 비견될 CIGS(구리·인듐·갈륨·셀렌) 박막형 태양전지를 개발했다. CIGS전지는 가격이 저렴한 유리, 플라스틱, 금속박편을 기판으로 하여 두께가 200분의 1mm인 다층 박막재료를 코팅해 만들어졌다. 흐린 날씨와 난반사광 조건에서 발전이 가능하여 고층건물이 즐비한 도시 환경에 적용된다. 일반 결정 실리콘 태양전지에 비해 50배 얇고, 비용을 절반 줄일 수 있어 ‘매우 유망한 차세대 신형 박막 태양전지’로 불린다. CIGS전지는 얇아 휴대하기 편리하며 성능이 안정적이어서 건축물 외벽 발전에 적합하다. 핸드백이나 가방에 넣어 실시간으로 전자제품 충전이 가능하며, 우주 및 군용 전자설비 전원으로도 사용이 가능하다. 옥상의 10㎡ 면적에 전지를 설치할 경우 4인 가정의 하루 사용에 충분한 5-6kW의 전기 공급이 가능하다. 10cm×10cm의 면적에 CIGS전지를 설치할 경우 햇볕이 내리쬐는 조건에서 휴대폰 한 대를 충전하는데 2-3시간밖에 소요되지 않으며, 가격은 30홍콩달러로 예상된다. CIGS전지는 또한 20년간 사용할 수 있고 가끔 전지 표면을 닦아주는 정도로 유지보수가 간단하다. 연구진은 현재 심천시에서 40cm×60cm의 면적에 사용할 CIGS전지를 연구 중이며, 1년 반이 지나면 개발이 완료될 것으로 예상된다. 이에 따라 배낭, 텐트에 응용될 전자제품 충전이 가능하여 상용화 수익이 높을 것으로 기대된다. 더 나아가 60cm×120cm 면적에 사용할 CIGS전지도 개발할 계획이다. 이 연구계획은 2년 동안 중국과학원, 심천시정부, 홍콩중문대학, 홍콩혁신과기국의 지원을 받았으며, 심천선진기술연구원 심천선진집적기술연구소 광전지태양에너지센터(光伏太阳能中心)와 홍콩중문대학이 연구개발을 진행했다.

대련화학물리연구소의 VRB시스템, 충방전 순환 1만회 돌파

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중국과학원 대련화학물리연구소 장화민(张华民) 연구원이 주도하는 에너지저장전지연구팀이 독자적으로 개발한 2kW급 총 바나듐 산화환원전지(All Vanadium Redox Flow Battery, VRB)의 내구성 고속측정시스템이 2007년 7월 6일부터 운행 이래 매일 7회의 충전 및 방전 순환을 진행했다. 2011년 6월 4일까지 1,429일 동안 무고장 운행했고, 운행시간 누계는 3만 4,000시간이 넘으며, 전지시스템은 1만회의 충전 및 방전 순환을 실현했다. 전지 모듈의 에너지효율은 뚜렷한 감쇠가 나타나지 않았다. VRB시스템은 일본의 스미토모전기공업주식회사에 이어 세계 두 번째로 1만회의 충전 및 방전 순환 시험평가를 통과했다. 평가결과, VRB는 뛰어난 신뢰성과 내구성을 지녔으며, 공정화와 산업화 개발을 위한 탄탄한 실험기반을 마련했다. 현재 이 전지의 내구성 고속평가 측정실험이 여전히 실행 중이다. VRB는 에너지저장 용량이 많고 수요별로 출력파워와 저장용량의 독자적인 설계가 가능하며, 충전 및 방전 전환 속도가 빠르고 순환수명이 길며, 전해질용액의 반복적인 재생사용이 가능한 한편, 안전성이 높고 환경 친화적인 특징을 지니고 있다. 현재까지 VRB는 3년 이상의 계통연계형 풍력발전 실제응용시범을 통과한 세계 유일의 메가와트 이상급 전기화학 에너지저장시스템으로서 풍력발전의 평활한 출력에 최적격인 에너지저장기술로 확인되었다. 장화민 연구팀은 2000년부터 레독스-흐름전지 기술 연구개발을 개시하고, 레독스-흐름전지시스템 관련 핵심소재, 구조 설계, 시스템 설계, 패키지기술, 조립기술, 테스트방법, 응용시범 등에서 큰 성과를 거두었다. 레독스-흐름전지 기술의 성과전환을 위해 연구팀은 박융(博融)산업투자유한공사와 공동으로 2008년 10월 대련융과(融科)에너지저장기술발전유한공사를 설립하고, 레독스-흐름전지의 공정화와 산업화 개발에 주력했다. 또한 2010년 중국 최초의 260kW급 VRB시스템을 개발하여 풍력발전 계통연계용 메가와트급 레독스-흐름전지시스템 개발을 위한 발판을 마련했다. 고효율, 저원가, 안전성, 신뢰성의 대규모 레독스-흐름전지 기술은 앞으로 풍력에너지, 태양에너지와 같은 신재생에너지의 보급과 응용, 스마트그리드의 구축에 중요한 역할을 발휘할 것으로 전망된다.

200kg급 연료요소 지르코늄합금 피복재 개발

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최근, 중국핵공업그룹회사(中核集團) 원자력연구원에서 개발한 차세대 N45 시리즈 지르코늄합금(200kg급) 피복재가 중국핵연료유한회사, 충칭(重慶)대학교 등 기관의 전문가팀 심사를 통과하여 향후 CF4 선진적 연료요소 개발에 피복재를 지원할 전망이다. 원자력연구원은 화룽1호(華龍壹號) 연료요소 피복재 N36 개발에 성공한 후 세계 선진적 지르코늄합금 연구추세에 초점을 맞추어, 노외 종합성능이 더욱 우수하고 세계 주류의 지르코늄합금 성능에 상당하는 N45시리즈 선진적 지르코늄합금을 성공적으로 개발하였다. 연료요소 설계 연구에서 연료봉 피복재 개발은 매우 중요한 일환이다. 피복재 성능과 품질은 연료봉의 파손율과 연료봉이 감당할 수 있는 최대 연소도와 직접 연관되며 연료집합체 개발 수준을 평가하는 중요한 지표, 또한 자체 지식재산권을 대표하는 표지 중 하나이다. 현재 200kg급 N45시리즈 지르코늄합금 관재는 생산업체에 본격적으로 전달되어 관련 연료집합체 제조 단계에 들어갔으며 2017년 1월 친산(秦山)원자력발전소에서 노내(in-pile)조사시험이 진행될 예정이다. 동시에 관재 노외응용성능 연구를 한층 더 수행하고 노내 시험 결과와 결합하여 N45 지르코늄합금 성분을 확정하며 이를 기반으로 1,000kg급 관재 제조공법 연구를 통해 최종 CF4 연료집합체에 합격된 피복재를 제공할 예정이다.

선진철도교통장비가 세계 선진 수준에 달함

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2016년 11월 26일, 중국 후난성 주저우시(湖南省 株洲市)에서 2016년 철도교통산업국제정상회담을 개최하였다. 중국 국가제조강국건설전략자문위원회 주썬디(朱森第) 위원은 “선진철도교통장비가 중국 10대 제조업 중점영역에서 앞장서서 신속하게 발전하였으며 이미 세계 선진수준의 반열에 들어섰다.”고 발표하였다. 동 발표내용에 의하면, 중국의 철도교통제조업은 기초가 튼튼하며 자주개발 능력을 구비하였고 부가시설이 완전하며 설비가 최신이고 경영규모가 큰 특징을 갖고 있으며 연구개발, 설계, 시험, 제조, 서비스 등 “5위1체”의 철도교통 장비제조 체계가 구축되었다. 또한 중국철도교통제조업은 이미 발전의 쾌속도에 진입하였으며 철도교통은 “일대일로”의 선봉이 될 것이다. “일대일로” 연선국가와 관련 지역에서 철도교통설비에 대한 방대한 시장 수요가 나타날 것이며 중국 도시화 과정에서도 부분적으로 철도교통에 대한 거대한 수요가 발생할 것이다. 중국 교통장비 제조 기업은 “제품+서비스+기술+투자”의 다방면의 국제화 경영능력을 적극적으로 구축할 것이다.

싼샤댐 세계 최대 선박승강기 가동

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최근, 싼샤댐 프로젝트의 마지막 단계인 싼샤(三峽) 선박승강기는 세계 기록을 갱신하였다. 총 1만5,500톤급의 선박을 최대로 113m 높이까지 들어 올릴 수 있으며 승강기 하강 과정에는 동전이 갑판에 시종 세워져 있을만큼 높은 안정성을 보유하였다. 싼샤 선박승강기는 세계 최대규모이자 기술 및 시공 난이도가 가장 큰 선박승강기이다. 기존 세계에서 가장 큰 선박승강기는 벨기에쓰터러비(斯特勒比) 선박승강기로서 최대 승강 무게는 8,800톤이며 최대 승강 높이는 73m이다. 이에 비해 싼샤선박승강기는 승강 무게와 높이를 각각 2배 및 1/2 가까이로 향상시켰다. 싼샤 선박승강기는 래크-피니언(rack and pinion) 상승 방식을 이용하였으며 래크-피니언 상승 방식을 사용한 기존 독일 니더펀눠(尼德芬諾) 선박승강기에 비해 승강 총 중량 및 최대 승강 높이를 모두 3배 이상 향상시켰다. 싼샤 선박승강기 래크, 너트 칼럼(nut column)의 규모와 제조 난이도는 세계적 최대이며 동시에 세계 최대규모의 갑문머리 장치, 최대 체적의 선박승강챔버(ship lift chamber)와 가장 복잡한 선박승강기 컴퓨터 모니터링 시스템을 보유하고 있다. 싼샤 선박승강기는 상류 접근수로(upper approach channel), 입수정, 선박승강챔버, 방수정과 하류 접근수로로 구성되었으며 그중 선박승강챔버가 핵심 부분이다. 그 유효 크기는 120m, 너비는 18m, 정상적 수심은 3.5m이며 최대로 3,000톤급의 선박을 승강시킬 수 있다. “선박 엘리베이터”로 불리우는 싼샤 선박승강기는 약 10분 정도에 선박을 40층 높이까지 수직 상승 혹은 하강을 완성할 수 있다. 싼샤 선박승강기는 4개 구동점의 래크-피니언 메커니즘으로 동기화 구동되며, 전기 전동 시스템은 선박승강챔버의 4개 구동점 전기 동기화 제어 방식 조건에서 전체 상승과정 높이의 동기 오차를 2mm이하로 보장하며 세계 선박승강기 중 동기화 승강 정밀도가 가장 높은 선박승강기이다. 싼샤 선박승강기는 총 4,800여개의 모니터링 포인트(monitoring point)로 신호를 채집하여 선박승강기의 운행제어, 상태 모니터링, 안전보호 및 과정 관리에 활용한다. 싼샤 선박승강기 주요 공사의 토목건축과 일부 설비 설치공사는 중국거저우바(葛洲壩)그룹유한회사에서 6년 반의 시간을 거쳐 준공하였다. 토목건축 시공은 고정밀도 요구에 도달하였다. 싼샤 선박승강기 하중 탑주구조 높이는 146m이고 탑주 콘크리트 전고의 직각도 편차는 30mm 이며 단면척도 허용 편차는 -5mm~8mm 사이에 있다.

물류의 핵심 시속이 400km인 국제고속철도여객운송장비 개발 시작

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중국국가 중점연구개발계획 “선진철도교통”의 핵심 프로젝트인 “시속400km 이상의 고속여객운송장비 핵심기술”의 연구개발을 시작하였다. 본 프로젝트의 개시로 인하여 국제 고속열차의 연결운송능력, 안전보장능력 및 효율성과 종합적인 쾌적감을 한층 제고하게 된다. 동시에 최근 추진하고 있는 “일대일로” 연선 국가들을 연결·운송시키는 상호간 물류통상의 기술적 핵심주축으로 된다. 본 프로젝트는 중국중처주식유한회사(CRRC)가 주축이 되어 중국중처창커주식유한 회사(CRCC CHANGCHUN RAIL WAY VEHICLES CO., LTD)가 구체적으로 실행한다. 본 프로젝트의 중점은 “일대일로” 연선 여러 국가의 서로 다른 철로 폭, 환경, 기후 등을 만족시키는 열차의 시스템 구성, 차체, 보기대차(차량의 주행 장치를 구성하고 있는 조립체로 동요와 탈선을 방지하는 역할), 견인브레이크, 전력공급, 열차운행 제어기, 시스템운영보전 등 기술을 체계적으로 파악하고 관련 표준체계를 설립하여 유럽과 아시아를 관통하는 600mm에서 1676mm의 보기대차와 시속 400km의 국제선 고속열차의 표준을 연구하고 개발하는 것이다. 상기 열차의 1인당 에너지 소비는 시속 350km의 고속열차에 비해 10%정도, 소음은 2dB정도 줄여서 국제 최고 수준에 달하게 된다. 이를 통하여 중국 고속열차의 세계화의 전략에 따른 혁신, 자원결집, 기술전파, 산업이전과 협동혁신능력을 구비한 네트워크 플랫폼을 최초로 설립하고 중국 “일대일로” 전략의 실시와 사회경제의 발전에 중요한 전략적 의미가 있다.

중국과학자 8개 광양자 얽힘상태 재차 신기록

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최근 중국과학원 원사이며 중국과기대학 마이크로스케일 물질과학국가실험실의 판지엔웨이(潘建偉)교수, 천위아오(陳宇翶)교수, 루자오양(陸朝陽)교수는 세계 최초로 8개 광양자의 슈뢰딩거 고양이상태를 성공적으로 실현하여, 기존에 본 연구팀이 다년간 유지해왔던 6개 광양자의 기록을 깨고 광양자 얽힘상태 제조의 세계기록을 세웠다. 이 연구는 2월 12일자의 「Nature Photonics」에 발표되었다. 논문이 2011년 5월말 온라인 arXiv.org에 공개된 후 학술계의 주목을 받았다. 그후 유럽물리학회, MIT Tech Review, PhysOrg, popular science, ZDNet.co.uk 등 구미의 많은 유명 학술지와 매체에 보도되었다. 국제적으로 기타 연구진도 실험으로 8개 광양자의 얽힘상태를 관측하였다고 밝혔으나 판지엔웨이 연구팀은 밝음도, 순도 등 핵심지표가 모두 국제 최고수준을 유지하고 있다. 양자계산을 실용화하기 위해서는 여러 양자상태의 상호 조종에 의존하는 것이 필연적이다. 형상적으로 비유한다면 여러 개의 입자가 얽힌 실험기반을 마치도 양자계산을 조종하는 ‘항공모함’과 같은데, 이러한 담체에 의지해야만 각종 양자계산 방안의 연구가 가능하다. 슈뢰딩거의 고양이상태는 양자세계에서 가장 기묘한 현상으로 양자역학의 이론기초를 쌓았고 여러 입자를 조종하는 핵심기술을 집중적으로 구현한 것이다. 따라서 여러 입자의 슈뢰딩거의 고양이상태를 실현하는 것은 그동안 국제적으로 경쟁이 가장 치열한 분야가 되었다. 중국과학원, 과학기술부와 자연기금위원회의 지원을 받아 2002년에 중국과기대학이 실험실을 설립해서부터 판교수는 줄곧 이러한 중요전략과제 연구에 주력해왔다. 2000년 미국국가표준국이 이온트랩체계에서 최초로 4개 이온의 얽힘상태를 실현하였다. 그후 2004년 판교수팀이 이 기록을 깨고 국제 최초로 5개 광양자의 얽힘상태를 조종하는데 성공했고 네이처에 논문을 발표하여 유럽물리학회와 미국물리학회에 의해 동시에 ‘국제연도 물리학 중대진전’에 선정되었다. 2007년 판교수팀은 또 가장 먼저 6개 광양자의 얽힘상태를 실현하였다. 논문은 「Nature Physics」에 발표되었고 같은해 해당 학술지의 최고 피인용횟수를 기록한 2편의 논문중 하나에 속하였다. 유럽에서 2009년까지 비엔나 대학, 뮌헨 대학과 스톡홀름 대학에서 잇달아 6개 광양자의 얽힘상태를 관측하였다. 2010년 연구진은 세밀한 탐구를 통해 하이퍼 얽힘상태 기술을 새로이 고안해냈는데, 5개 광양자의 극화상태와 공간상태의 상호 중첩에 의해 형성된 10개의 양자비트 슈뢰딩거의 고양이 상태를 완벽하게 실현하였다. 이 연구성과에 대해 원고 심사자는 실험의 쾌거라고 높이 평가하였으며 유럽물리학회 영국BBC에도 보도되었다. 8개 광양자 조종은 양자정보 분야의 차기 중대한 목표이기도 하다. 이 기술은 4개의 독립된 얽힘상태 광원을 제어해야 하고 계수에 부합되는 밝음도가 극히 낮으며, 게다가 여러 개의 소음원이 있는 등의 해결할 난제가 많다. 따라서 극히 도전적인 과제가 되었다. 4년동안의 연구 끝에 판교수연구팀은 여러 개의 광양자 조종기술을 한층 혁신하였고 세계에서 밝음도와 순도가 가장 우수한 펄스 얽힘상태 광원을 시연하였다. 이를 토대로 판연구팀은 세부적인 부분에 대한 최적화를 통해 저소음 8개 광양자 간섭계를 제작하였고 2011년에 세계 최초로 8개 광양자 얽힘기술을 완전히 장악하였다. 이 기술은 즉시 토폴로지 양자 오류정정에 관한 실험연구에 응용되었다. 판교수팀이 새롭게 성과를 올림에 따라 중국은 계속해서 미국, 독일과 오스트리아 등 선진국을 앞서고 있으며 세계적으로 여러 개의 광양자 얽힘 연구분야에서 고지를 선점하였다.

중국 나노소재 면역시스템 안전성 연구 Small 표지논문에 선정

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생물체가 나노입자에 호흡이 노출된 후, 호흡시스템을 통해 국부로부터 어떻게 전신과 기타 조직에 신호를 전달하며 생체효과를 나타내는가 하는 것은 아직까지 해명하지 못한 과제이다. 최근 국가나노과학센터의 니에광쥔(聶廣軍)과 자오위량(趙宇亮)연구팀은 생체 나노입자인 엑소좀(Exosome)이 나노재료를 유도(mediated)하여 유기체의 면역을 활성화하고 감염되기 쉬운 그룹의 호흡계 질병을 유발하는 중요한 신호 운반체임을 입증했다. 이 실험실은 장기간 나노재료와 생체와의 상호작용에 관한 생물학 메커니즘 연구에 주력하고 있다. 난백 단백(Ovalbumin)의 민감성 감염되기 쉬운 쥐모형(즉 호흡계 민감성 질병모형)을 구축하였고 자성 산화철 나노재료를 여러차례 호흡에 노출시킨 다음 주머타오(朱墨桃)박사는 자성 산화철 나노재료가 폐포내에서 대량의 엑소좀(Exosome)의 생성을 유발한다는 것을 처음으로 발견하였다(그림1). 엑소좀 유도 나노재료는 유기체 전신의 T세포 활성화를 유발할 수 있다. 연구원은 더 나아가 엑소좀이 민감성 유기체(즉 기존의 호흡계 민감성 질병 유기체)내와 정상 유기체내에서의 유도 면역활성화 작용방식과 효능이 다르다는 점을 증명하였다. 민감성 유기체에 대해 엑소좀은 더욱 강한 Th1형 세포극화(즉 지연성 과민반응) 능력을 나타내는데 이는 나노재료가 민감성 그룹의 호흡계 질병 발병과 장기 만성 염증을 악화시키는 중요한 요소로 작용한다. 연구결과 나노재료 유도의 유기체 면역활성화의 가능한 분자메커니즘을 해명하였을 뿐 아니라 나노입자에 노출된 직업군과 감염되기 쉬운 그룹의 건강을 모니터링하고 제어하는 중요성을 강조하였다. 이 연구는 Small 표지논문(그림2)으로 선정되어 발표된 외에도, 독일 Wiley출판사가 주관하는 Materials Views에 의해 ‘Trojan Horse Causes Nanoparticle Allergy’라는 제목으로 보도되었다.

중국 천연제품 전합성 연구 진전

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천연제품은 구조와 작용원리가 다양하여 항암 선도화합물의 풍부한 공급원이 되었다. 2011년 5월 한국과 일본의 과학자들은 천연제품 fusarisetin A의 분리, 구조감정과 생물활성연구를 공동으로 보도한바 있다(J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 6865). 이 분자는 일반적인 항암 소분자(미세소관 단백 안정제/destabilizing agent 및 DNA Topoisomerase 억제제)와는 달리 암세포 이동 및 침투를 비교적 강하게 억제하는 작용을 나타내었고 뚜렷한 세포독성은 없다. 구조를 보면 이 분자는 6,6,5,5,5의 병렬루프(parallel loop) 틀구조에 10개의 키랄중심을 가지고 있어 합성 난도가 크다. 중국과학원 상해유기화학연구소 생명유기화학 국가중점실험실의 리앙(李昂) 연구원이 주도하는 연구팀은 6개월만에 fusarisetin A 원래구조의 첫 전합성에 성공했다(J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 920). 이 합성화합물은 천연제품의 스펙트럼 특성이나 비선광도(specific rotation)의 값은 모두 일치했으나 양자의 광회전방향이 상반되기에 천연제품의 절대 입체모형이 바뀐 것이다. 즉 진실한 구조는 원래구조에 대응하는 이성질체이다. 화학 합성로드맵을 보면 기존에 알려진 알데히드1에서 출발하여 13단계를 거쳐 목적분자(-)-fusarisetin A로 전환한다(그림). 그 결정적인 절차는 루이스산(lewis acid)의 촉진작용이 있는 분자내부 Diels-Alder반응, 팔라듐 촉매의 아릴릭(allylic) 산소탄소치환, 위치선택의 Wacker 산화 및 마지막의 Dieckmann 축합/반축합 케톤 고리화 직렬연결과정을 포함한다. 이 연구를 통해 천연 fusarisetin A의 절대 입체모형을 확정하였고 이러한 천연제품의 유사물질을 합성하기 위한 작용타깃과 메커니즘 연구를 위한 준비를 하였으며 부분 합성방법은 기타 구조와 관련된 천연제품의 합성연구에 응용될 전망이다.

메탄올로 올레핀 제조과정의 MTO 기초연구 성과

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다년간 응용연구와 기초연구를 병행해온 중국과학원 대련화학물리연구소의 MTO 국가공정실험실(청정에너지 국가실험실 저탄소촉매공정연구부)은 MTO공업화과정의 개발과 응용에서 많은 성과를 올렸고, 최근에는 메탄올전환 메커니즘연구에서 획기적인 진전을 이룩했다. MTO가 산성분자체에서 진행하는 다상촉매반응은 일련의 복잡한 촉매과정과 반응절차를 거친다. 반응메커니즘연구가 심층적으로 추진되면서 하이드로카본 풀(Hydrocarbon Pool)이 주목받고 있다. 하지만 직접적인 실험증거가 부족하여 특히 그중에 미치는 중요한 반응중간체 heptaMB+ 및 HMMC가 매우 활발하기에 직접 관찰하기가 매우 힘들었다. 과거에는 다만 간접적인 방법과 이론계산을 통해서만 분자체에서 형성이 가능하였고, MTO반응과정의 중간체 존재 여부와 올레핀생성과정에서 어떻게 역할을 발휘하는가 하는 문제는 규명되지 못하고 있었다. 대련화학물리연구소의 DNL1201연구진은 분자체의 구조와 산성이 MTO반응메커니즘에 미치는 영향을 상세하게 연구하는 한편, 최근에 합성해낸 신형 분자체 재료 DNL-6의 대형 케이지(Large cage) 모양과 강산성의 특징을 이용해 처음으로 MTO반응체계에서 heptaMB+/HMMC의 존재를 관찰하였고, 이를 통해 하이드로카본 풀 메커니즘의 합리성을 입증하였다. 13C 동위원소에 대한 추적실험을 통해 중간체의 메탄올 전환 작용과 카르보 양이온(carbocation)을 중간체로 하는 올레핀 생성경로를 검증하였다. 이 발견은 반응메커니즘차원에서 신규 촉매제의 설계와 생성물중 올레핀의 선택성에 이론적 근거를 제공하였다. 위의 연구성과는 《미국화학학회지(JACS)》에 발표되었다.