엔트리 종원 박

2018년 9월의 중국 과학기술정책 동향

2018년 9월의 중국 과학기술정책 동향은 다음과 같습니다.

[목차]
1. 국가과기체제개혁·혁신체계건설영도소조 조정
2. 과기부 기능 및 내부조직 조정
3. 지식재산권국 기능 및 내부조직 조정
4. 국무원, 혁신·창업 업그레이드 추진
5. 광둥/간쑤, 기초연구 역량 강화 추진

세계 첫 5축 구동 소형 수중로봇 개발

2018년 9월 19일, 선전(深圳)잠수주행혁신유한회사는 항저우(杭州)에서 수중 100m까지 심해 잠수하여 실시간 촬영을 수행함과 아울러 이미지를 휴대전화에 전송할 수 있는 “모델선박”-세계 첫 5축 구동 소형 수중로봇 “자오(鮫) GLADIUS MINI”를 선보였다.

“자오 GLADIUS MINI”는 2세대 수중로봇으로서 1세대 수중로봇 “GLADIUS PRO”에 탑재한 4K 초고해상도 카메라, 100m 심해잠수 가능성 등 기능을 보류한 동시에 외관 설계를 더욱 최적화하였고 중량이 2.5Kg을 최과하지 않기에 배낭에 넣고 휴대할 수 있으므로 휴대성이 대폭 향상되었다. 또한 수직 깊이 확정 모드 및 ±45° 조절 가능한 부앙각 수평이동 촬영 모드를 증가하였기에 더욱 안정적이고 다양한 각도로 양질 이미지를 촬영할 수 있다.

수중로봇은 기존에 주로 수산양식, 선체 부두 순찰, 저수지 댐 순찰 및 도시 관로 순찰 등 분야에 이용되었다. 그러나 현재 수중로봇은 수중촬영, 유람선 낚시, 바다섬 관광 등 오락분야에도 광범위하게 이용되고 있다. 유럽 및 아메리카의 많은 잠수 애호가들은 수중촬영을 선호하고 있다. 수중로봇은 자유로운 조종 및 민첩성으로 많은 관광객들의 관심사로 되고 있으며 새로운 타입의 수중로봇은 세계 20여 개 국가/지역에 수출되고 있다. 해당 분야의 중국 시장도 활기를 띠고 있으며 2020년이 되면 중국의 무인 잠수장치 시장 규모는 800억 위안(한화 약 13조)급에 달할 예정이다. 그중 개인소유 “잠수 동반자” 유형의 무인 잠수장치의 시장 공간은 60억 위안(한화 약 1조)에 달할 전망이다.

세계 최초로 장치 독립성 양자 난수 구현

최근 중국과학기술대학 판젠웨(潘建偉) 교수팀은 중국과학원 상하이마이크로시스템·정보기술연구소/일본 NTT기초과학실험실과 공동으로 고품질 얽힘광원 및 고효율 단일광자 검출장치를 발전시킨 토대에서 양자얽힘의 내재적 임의성을 이용하여 세계 최초로 장치 독립성 양자 난수를 성공적으로 구현하였다. 관련 연구 성과는 2018년 9월 20일 “Nature” 학술지에 온라인으로 게재되었다. 상기 획기적 성과는 수치 시뮬레이션, 암호학 등 분야에 광범위하게 응용될 예정이며 또한 새로운 난수 국제표준을 형성할 전망이다.

장치 독립성 양자 난수 발생기를 구현하려면 실험적 차원에서 엄청난 기술적 어려움을 극복해야 한다. 구체적으로 전체 난수 발생장치가 고효율적으로 얽힘광자 발생, 전송, 변조, 검출을 수행해야 하는 동시에 다양한 부품 간 공간거리를 적절하게 설정해 공간간격(spacelike interval)의 요구를 만족시켜야만 비로소 최고의 안전성으로 어떠한 도청자의 내부통신을 통한 벨 부등식(Bell’s inequality) 테스트 결과 위조 불능을 보장할 수 있다.

연구팀은 3년간 노력을 거쳐 고성능 얽힘광원을 발전시켜 얽힘광자 수집, 전송, 변조 효율을 최적화한 후 중국과학원 상하이마이크로시스템·정보기술연구소가 개발한 고효율 초전도 단일광자 검출기를 사용하여 고성능 얽힘광원에 대한 고효율적 탐측을 구현하였다. 그 다음 쾌속 변조 설계 및 적절한 공간 격리 설계를 통해 장치의 독립성 양자 난수 발생장치에 필요한 공간간격 요구를 만족시켰다. 이로써 세계 최초로 장치 독립성 양자 난수 발생기를 구현하였다.

기존의 연구와 후속 연구는 암호학, 수치 시뮬레이션 및 임의성 입력을 요구하는 다양한 분야에 신뢰성 있는 임의성 발생원을 제공할 전망이다. 아울러 신뢰성 있는 난수원은 현실 조건에서 양자통신 안전성의 핵심인 만큼 장치 독립성 난수의 실험적 구현은 현실 조건에서 양자통신의 안전성을 더한층 보장할 수 있다.

현존 양자통신 시스템에 자체적으로 제조 또는 믿음직한 제조업체에서 제조한 양자 난수 발생기를 적용해야 안전성을 보장받지만 악의적 제3자가 제조한 장치를 사용할 경우 난수 누설이 발생할 수 있다. 연구팀의 해당 성과는 신뢰할 수 없는 제3자 장치를 사용하더라도 진짜 난수를 발생할 뿐만 아니라 누설이 없음으로 통신안전을 보장받을 수 있다.

향후 연구팀은 고속 안정적인 장치 독립성 양자 난수 발생장치를 구축할 예정이다. 뿐만 아니라 양자얽힘의 내재적 임의성과 고안전성에 기반한 난수 제공을 통해 차세대 국제난수표준을 형성한다는 계획이다.

난수는 날씨예보, 신약설계, 재료설계, 산업설계, 게임, 인공지능, 통신안전, 현대암호학 등 과학연구와 일상생활에 널리 응용된다. 하지만 기존의 소프트웨어 알고리즘 또는 고전적 열잡음에 기반해 구현한 난수는 자체적 결함을 갖고 있다. 따라서 장치 무관 양자 난수 발생기 개발은 세계적으로 앞 다투어 추진하는 연구과제로 되고 있다.

금속 촉매 새기법 개발

최근 둥화(東華)대학 첨단저차원재료센터 특별초빙 연구원 추링링(儲玲玲)이 이끄는 연구팀은 금속 촉매 새기법을 성공적으로 개발하여 전이금속 촉매 알켄 기능화 연구에서 새로운 성과를 거두었다. 관련된 연구성과는 “Nature Communications”에 온라인으로 게재되었다.

알켄은 저렴하고 쉽게 얻을 수 있으며 응용 범위가 광범위한 화학공업원료이다. 케톤 화합물은 의약, 농약, 천연산물에 널리 존재하는 주요 구조단위일 뿐만 아니라 주요한 유기합성 중간물질이다. 하지만 금속 카르보닐기 중간물질에서 탈탄반응이 쉽게 발생하기에 알켄 탄소 아실화반응은 단일 성분 또는 소수 이중 성분 반응패턴에만 제한될 뿐 다중 성분 반응패턴에서는 아직 보고된바 없다.

연구팀은 약상호작용(weak interaction) 유도의 니켈 촉매 자유기 릴레이 환원성 짝지음 전략을 통해 비활성화 알켄의 3성분 탄소 아실화반응을 성공적으로 구현하였다. 해당 방법은 자유기를 알켄에 첨가하여 알킬기 자유기를 형성한 다음 아실기 니켈과 교차 짝지음을 발생시켜 2개 탄소-탄소 결합을 원스텝으로 구축하였다. 뿐만 아니라 알켄 기질의 약지향성 원자단을 이용하여 양호한 화학 선택성 및 영역 선택성을 구현하였다. 해당 반응은 무난한 조건에서 진행되며 기질 실용성이 양호한 외에 복잡계 약물분자 및 천연산물 등 유도체에서도 고효율적 전환을 달성할 수 있다.

상기 촉매 방법을 통해 간단하고 쉽게 얻을 수 있는 원료부터 시작해 일련의 중요한 플로로알킬기 케톤화합물을 합성할 수 있다. 동 연구는 비활성화 알켄의 선택적 기능화를 위해 새로운 설계 아이디어를 제공하였다.

액체연료 제조 신기술 개발

최근, 일본 도야마대학 교수 춘판리(椿範立) 연구팀은 샤먼(廈門)대학 교수 왕예(王野) 연구팀과 공동으로 피셔-트롭슈 합성용 촉매(catalyst for Fischer-Tropsch synthesis) 연구에서 새로운 성과를 확보하여 다양한 유형의 액체연료 직접 합성에 간단하고 효과적인 방법을 제공하였다. 해당 연구성과는 2018년 9월 17일 “Nature Catalysis”에 게재되었다.

사회경제의 발전에 따라 가솔린, 항공등유, 디젤유 등 액체연료의 수요량은 지속적으로 증가되고 있지만 석유자원의 결핍으로 중국의 원유 대외의존도는 60%를 초과한다. 이러한 국면을 개변시키기 위해 연구팀은 석탄 기반 합성가스로 직접 가솔린, 항공등유 및 디젤유를 제조하는 신기술 개발에 착수하였다.

피셔-트롭슈 합성은 합성가스를 원료로 하여 촉매 및 적합조건에서 액상탄화수소 또는 탄화수소화합물을 합성하는 공법이다. 그러나 전통적인 합성가스로 액체연료를 제조하는 피셔-트롭슈 합성 기술로 획득한 생성물은 분포 범위가 넓고 제어하기 어렵다. 또한 특정된 증류분의 액체연료 선택성이 낮기에 피셔-트롭슈 합성 생성물에 대하여 수소첨가 정화 후처리를 수행하여야 한다.

이중 기능 촉매는 C1 화학 연구 분야의 관심사로 되고 있다. 연구팀은 이중 기능 촉매를 설계하여 전통적인 피셔-트롭슈 합성 과정에서 생성물 선택성을 조절하기 어려운 문제를 해결하였다. 2개 연구팀은 피셔-트롭슈 합성 생성물 조절 분야에서 양호한 연구 기반을 보유하고 있다. 왕예 연구팀은 메조포러스 구조 제올라이트 분자체(Molecular sieve)가 특정된 증류분 액체연료의 선택성을 뚜렷하게 향상시킬 수 있음을 발견하였고 춘판리 연구팀은 메조포러스 제올라이트 분자체에 피복된 캡슐 구조 피셔-트롭슈 합성용 촉매가 뛰어난 가솔린 선택성을 보유하고 있음을 발견하였다. 이를 기반으로 연구팀은 Y형 분자체를 담체로 코발트 나노 입자를 탑재하여 이중 기능 촉매를 구축하였으며 이를 피셔-트롭슈 합성 액체연료의 선택성 향상에 이용하였다. 또한 메조포러스 Y 분자체의 산성 변화 및 생성물에 대한 공동구조의 선택성 조절을 구현하여 가솔린, 항공등유 및 디젤유 증류분에 대한 선택성을 74%, 72% 및 58%에 도달시켰다.

전통적인 피셔-트롭슈 합성 기술은 투자 원가가 비교적 높은 대규모 산업에 적합하지만 연구팀이 개발한 피셔-트롭슈 합성 기술은 수소첨가 정화 과정이 필요 없이 직접 고선택성으로 관련 액체연료를 획득할 수 있을 뿐만 아니라 분리 과정이 간단하여 원가 및 에너지소비를 대폭 절감시킬 수 있기에 분산된 탄전 및 가스전 그리고 투자 원가가 비교적 낮은 중소 규모 액체연료 생산에 적합하다.

해당 합성 기술은 차세대 석탄액화연료 촉매 기술로 될 전망을 보인다. 향후 심층적인 촉매 설계를 통하여 특정된 생성물에 대한 선택성을 향상시켜 생성물 분포를 집중시키고 특히 메탄을 포함한 저탄소 탄화수소의 선택성을 감소시킬 예정이다. 이 외에 이중 기능 촉매의 장기적 안정성에 대한 심층적인 검증이 필요하다.

신형 “호흡가능” 나트륨-이산화탄소 전지 개발 성공

최근 난카이(南开)대학 화학학원 천쥔(陈军) 원사가 이끄는 연구팀이 저렴한 탄산나트륨 및 탄소나노튜브를 사용하여 나트륨 사전충전이 필요 없는 “호흡가능”한 나트륨-이산화탄소 전지를 개발하였다. 해당 성과는 “옌쥬(研究)” 창간호 첫 문장으로 게재되었다.

“호흡가능”한 전지의 초급버전은 리튬-산소 전지로서 방전시 공기에서 산소를 획득하고 충전시 산소를 재방출하기에 호흡 가능한 전지로 불린다. 이에서 파생된 충전가능한 나트륨-이산화탄소 전지는 일반적으로 금속나트륨을 음극으로, 탄소 등 재료를 양극으로 이용하는데 방전시 외계에서 이산화탄소를 획득하고 충전시 이산화탄소를 방출한다. 나트륨-이산화탄소 전지는 리튬-산소 전지에 비해 원료가 풍부하고 제조가 간편하며 이산화탄소를 자원으로 이용함으로써 녹색 지속가능한 발전을 구현할 수 있다.

과량의 금속나트륨 음극이 쉽게 수지상 결정을 형성해 전지 합선을 초래하는 등 잠재적 안전 위험을 가져다 줄 뿐만 아니라 금속나트륨 또한 주로 염화나트륨 또는 수산화나트륨을 전해용융하여 제조하기에 에너지소비가 많고 오염이 심하다. 연구팀은 탄산나트륨의 전기전도도가 낮은 등 기술적 어려움을 극복하고 용해석출법을 사용하여 다중벽 탄소나노튜브 표면에서 값싼 탄산나트륨 복합재료를 제조하였다. 그리고 해당 재료를 양극으로, 전기전도성 탄소를 음극으로 사용하여 최초로 나트륨 사전충전이 필요 없는 “호흡가능”한 나트륨-이산화탄소 전지를 구축하였다. 해당 전지는 충전용량 제어를 통해 수지상 결정의 형성을 성공적으로 억제할 수 있으므로 안전성이 대폭 향상되었다. 테스트 결과 면적당 용량이 0.3mAh/cm2 조건에서 100회 순환 후에도 충전 전압을 4V이하로 보장하였다. 연구팀은 이미 용량이 350mAh이고 에너지밀도가 183Wh/kg(전체 전지 질량 대비)인 단량체 전지를 조립하였다.

탄산나트륨은 산업화 제조가 쉽고 탄소는 자연계에 광범위하게 존재한다. 해당 성과는 음극 금속나트륨의 사전충전이 필요 없기에 전지의 잠재적 안전 위험을 효과적으로 줄이는 등 전지 안전 설계에 새로운 아이디어를 제공하였다. 화성 대기에서 95%를 차지하는 이산화탄소를 고려하면 나트륨 사전충전이 필요 없는 “호흡가능”한 나트륨-이산화탄소 전지는 화성탐사를 위해 잠재적 전기화학적 에너지시스템을 제공할 것으로 전망된다.

“톈허 2호”, 양자패권 표준 컴퓨팅 구현

최근, 중국 국방과학기술대학 우쥔제(吳俊傑) 연구팀 및 상하이교통대학 진셴민(金賢敏)은 세계 최초로 양자패권(quantum hegemony) 연구를 수행하여 중요한 성과를 공동으로 확보하였다. 해당 연구성과는 “National Science Review”에 온라인으로 게재되었다. 양자물리장치 기술 수준의 쾌속적인 발전과 더불어 양자패권 구현도 현실로 다가오고 있다. 양자패권 표준 또한 양자 컴퓨팅 분야의 중요한 과학 문제로 되고 있다.

양자 컴퓨팅은 기존의 모든 컴퓨터를 초월하는 컴퓨팅 능력을 보유하고 있기에 양자패권이라고 부른다. 그러나 지금에 이르기까지 실제 물리실험 과정에서 양자패권을 구현한 양자장치는 하나도 없다. 양자패권의 구현은 기존을 초월하는 양자 컴퓨팅 능력이 이론단계에서 실험단계로의 진입을 의미하며 또한 새로운 컴퓨팅 능력의 도약시대가 시작됨을 의미한다.

보손 샘플링 문제는 광자(보손) 시스템의 양자패권 테스트 사례이다. 이론적으로 기존 컴퓨터가 보손 샘플링을 계산하는데 지수 수량급의 컴퓨팅 시간이 요구되지만 양자 컴퓨팅은 다항식 수량급의 컴퓨팅 시간이면 충분하다. 또한 일반 양자 컴퓨팅에 비하여 보손 샘플링을 구현하기 더욱 쉽다. 연구팀은 “톈허(天河) 2호” 슈퍼컴퓨터에서 보손 샘플링 문제의 핵심 문제점-퍼머넌트(Permanent)의 답을 구하였다. 실제 테스트한 문제 규모는 48개 광자에 도달하였는데 이로부터 “톈허 2호”가 50개 광자의 보손 샘플링을 시뮬레이션하는데 소요되는 시간이 약 100분임을 추정할 수 있다. 다시 말해서 만약 실제 양자 물리장치가 각 그룹 샘플에서 100분 내에 50개 광자의 보손 샘플링을 구현한다면 답을 구하는 문제에서 “톈허 2호”를 초과하여 양자패권을 구현함을 의미한다.

양자패권을 전시하는 문제는 임의적 실제 용도 보유를 요구하지 않기에 실제 양자컴퓨터에서의 양자패권 구현은 매우 어렵다. 다양한 양자패권 표준의 연구 성과도 현재 양자패권의 구현 및 현실 사이에 커다란 괴리가 있다.

차이나유니콤이 주도한 첫 남대서양 국제 해저 광케이블 부설 완료

2018년 9월 5일, 아프리카와 남아메리카를 잇는 남대서양 국제 해저 광케이블(SAIL) 전노선 연결공사가 마무리되었다.

차이나유니콤(China Unicom)과 카메룬텔레콤의 공동 투자로 구축된 SAIL 해저 케이블은 총 길이가 약 6,000km, 설계용량이 32Tbit/s이고 최초로 남대서양 해역을 가로질러 아프리카대륙과 남아메리카대륙을 잇은 직통 해저 케이블이다. 남반구의 주요 인프라 시설인 SAIL 해저 케이블은 남대서양 지역의 네트워크 시설 구도에 중요한 의미가 있는데 아프리카와 남아메리카, 아프리카와 북아메리카, 남아메리카와 유럽 사이를 각각 잇는 고신뢰성, 고안전성, 저시간지연, 대용량 새인터넷 통로를 형성하여 아프리카의 인터넷 국제 수출능력을 더한층 향상시킬 전망이다.

최근 차이나유니콤은 “일대일로” 사업에 적극적으로 뛰어들어 글로벌 네트워크 자원 우위를 살리고 세계화 포석에 입각하여 업종 및 산업사슬 협력을 추진했다. 통신 인프라시설 면에서 국제협력에 적극적으로 참여해 자원 공동구축 및 공유를 강화하였다. 선후로 일대일로 연선 국가/지역과 협력하여 아시아-아프리카-유럽 1호(AAE-1) 해저 케이블 및 동남아시아-중동-서유럽 5호(SMW5) 해저 케이블을 공동으로 구축하여 최초로 해상 실크로드 이중 해저 케이블을 커버하였다. SAIL 해저 케이블 프로젝트는 중국 최초의 통신운영기업과 설비제조기업이 국제 생산능력 협력을 통해 해외시장 개척을 시도한 사례이다.

차이나유니콤은 아프리카업무 개발에 장기적으로 힘써 중국과 아프리카의 인프라 시설 상호 연결을 추진했다. 현재 차이나유니콤은 아프리카에 17개 네트워크 거점(PoP)을 구축하였고 2018년 7월에 첫 아프리카 지사-남아프리카공화국 운영회사를 오픈하였다. SAIL 해저 케이블이 사용에 투입되면 아프리카의 디지털화 전환, 산업 업그레이드 촉진, 인터넷 응용의 전반적 수준 향상 등에 중요한 역할을 함과 아울러 아프리카 경제발전 및 중국과 아프리카의 무역협력을 더한층 촉진시킬 전망이다.

하이룽 11000, 5,630m 심해잠수 기록 갱신

최근, 중국이 자체로 개발한 심해 장비 “하이룽(海龍) 11000” 원격무인잠수정(Remotely operated vehicle, ROV)은 서태평양 해산 지역에서 6,000m급 대심도 시험 잠수를 완성하였으며 최대 잠수 깊이는 5,630m에 달하여 중국 ROV 심해잠수 기록을 확보하였다.

“하이룽 11000″은 심해잠수 과정에서 매니퓰레이터(Manipulator)를 이용하여 근해저에 표지물을 설치하였고 4시간 동안 근해저 고해상도 관측을 수행하였다. 또한 5차례에 거쳐 모두 320m의 선박-ROV 연동 이동을 완성하였고 수중 작업 시간은 13시간에 달하였다. 이번 실험을 통하여 장비 시스템의 기능, 내압성 및 수밀성, 시스템 안정성을 검증하였다.

뛰어난 심해 관측 탐사 능력을 구비한 “하이룽 11000″은 해양과학고찰에서 일반적으로 사용하는 1만 m 외장 광케이블을 지원할 수 있으며 또한 양호한 모선 적응성을 보유하고 있다.

평면형 페로브스카이트 태양전지 효율을 21.60%에 도달시켜

최근 중국과학원 다롄(大連)화학물리연구소 태양에너지연구부 박막실리콘태양전지연구팀 류성중(劉生忠)/산시(陝西)사범대학교 양둥(楊棟) 연구팀은 미국 버지니아공대 Shashank Priya 교수 연구팀과 공동으로 평면형 페로브스카이트 태양전지 분야에서 새로운 진전을 거두었다. 관련 성과는 “Nature Communications”에 게재되었다.

평면형 페로브스카이트 태양전지는 구조가 간단하고 제조가 쉬운 등 장점이 있지만 기존 메조포러스 구조의 페로브스카이트 전지에 비해 효율이 낮고 또한 심각한 지연효과가 존재한다. 상기 문제를 해결하기 위해 연구팀은 전단계 연구에서 이온성 액체로 개질한 산화티타늄을 전자수송 재료로 사용하여 평면형 페로브스카이트 태양전지 효율을 19.62%로 향상시켜 그 당시 평면형 페로브스카이트 태양전지 최고 효율을 달성하였고 또한 지연효과도 크게 억제하였다(Energy Environ. Sci.).

최근 연구팀은 에틸렌디아민사아세트산(EDTA)과 산화주석의 착화합으로 성능이 뛰어난 E-SnO2 전자수송 재료를 성공적으로 제조하였다. 해당 재료를 기반으로 제조한 평면형 페로브스카이트 태양전지의 효율은 21.60%를 초과하였다(인증효율 21.52%). E-SnO2 전자수송 재료의 높은 전자이동률 및 적당한 에너지준위는 페로브스카이트 태양전지의 이온 이동 및 양·음전하 수송 불균형에 의한 계면부 전하 축적을 효과적으로 억제함으로써 평면형 페로브스카이트 태양전지의 지연효과를 기본적으로 제거하였다. 이외 E-SnO2 전자수송 재료에서 성장한 페로브스카이트 흡광층은 비교적 큰 결정입자를 보유하므로 결정 입계에서 페로브스카이트 재료의 분해 확률을 대폭 낮추어 평면형 페로브스카이트 태양전지의 환경 안정성을 높였다. 해당 연구 성과는 고효율 안정적 평면형 페로브스카이트 태양전지 제조를 위한 토대를 닦았다.