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[헤럴드경제=구본혁 기자] 빛이나 적외선과 같은 테라헤르츠(THz) 전자기파를 3만 배 이상 증폭시킬 수 있는 기술이 개발됐다. 물리 모델을 바탕으로 인공지능(AI)과 결합한 이 기술은 6G 통신용 주파수의 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다.

울산과학기술원(UNIST) 물리학과 박형렬 교수팀은 미국 테네시대학교 이준수 교수팀, 미국 오크리지 국립 연구소 윤미나 교수팀과 함께 6G 통신용 THz 나노공진기의 최적화 기술을 개발했다. 슈퍼컴퓨터로도 오래 걸리던 작업을 물리 이론 모델 기반의 AI 학습으로 개인 컴퓨터에서도 쉽게 설계 가능하도록 만들었다.

연구팀은 THz 전자기파 투과 실험으로 새로 개발한 나노공진기의 효율을 분석했다. 일반 전자기파가 만드는 전기장과 비교했을 때, 3만 배 이상 증폭된 전기장을 발생시킬 수 있었다. 이는 지금까지 학계에 보고된 THz 나노공진기에 비해 300% 이상 효율이 향상된 결과다.

지금까지는 광 시뮬레이션과 AI를 합해 최적의 설계법을 찾아내는 ‘AI 역설계 기술’이 사용됐다. 주로 가시광이나 적외선 영역에서 작동하는 광소자를 설계했다.

박형렬 교수는 “AI 역설계 기술에선 파장의 십분의 일이나 백분의 일 크기의 광소자 구조를 주로 설계했다”며 “하지만 6G 통신의 주파수인 0.075~0.3 THz 영역의 파장에 비해 백만분의 일 만큼 작아 적용이 어려웠다”고 설명했다.

이번 연구를 수행한 UNIST 연구진. 김정훈(왼쪽부터) 연구원, 이형택 연구원, 박형렬 교수.[UNIST 제공]

6G 주파수에 작동하는 나노공진기를 설계할 경우 고성능 컴퓨터를 이용해도 한 번의 시뮬레이션을 위해 수십 시간이 소요된다. 즉, 기존에 알려진 역설계 방법을 이용해 하나의 소자를 최적화하려면 수백 년의 시간이 소요될 수 있다.

연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 물리학 이론 모델을 이용해 AI 역설계 방법과 결합해 THz 영역의 나노공진기를 새로 설계했다. 개인용 컴퓨터 사양으로도 40시간 이내에 소자를 최적화할 수 있었다.

박 교수는 “이번 연구의 핵심은 물리 현상을 이해해 AI를 이용한 기술의 효율을 향상시킨 것”이라며 “AI가 모든 문제를 해결해 줄 수 있을 것 같지만 물리 현상을 먼저 잘 이해하는 것이 여전히 중요하다”고 덧붙였다.

이번 연구성과는 국제학술지 ‘나노 레터스(Nano Letters)’ 12월 7일 온라인 게재됐다.