▲ 퀀텀에너지연구소와 한양대학교 연구진이 세계 최초로 개발한 상온상압 초전도체 'LK-99'으로 자성을 띤 물질에 대해 밀어내는 에너지가 있어 공중 부양이 가능하다.  © 커넥트 데일리

(커넥트 데일리=김영도 기자) 생성형 인공지능 시대가 본격화되면서 연산 처리속도가 빠른 슈퍼컴퓨터를 넘어 양자컴퓨터 개발에 집중되고 있는 가운데 국내 연구진에 의해 ‘상온 초전도체’ 개발을 발표해 전 세계적으로 비상한 관심이 쏠리고 있다.

국내 퀀텀에너지연구소와 한양대 연구진은 지난달 22일 논문 사전공개 사이트 ‘아카이브(arXiv)’에 상온에서 임계온도가  97oC를 능가하는 초전도성을 가진 납 기반 물질 ‘LK-99’를 세계 최초로 개발했다고 발표했다.

앞서, 올해 4월 한국결정성장학회지에 등재된 '상온상압 초전도체(LK-99) 개발을 위한 고찰'을 살펴보면 통계 열역학적 액체론의 관점에서 제시한 이론적 배경을 통해 상온 상압 초전도체가 개발될 수 있었다고 소개하고 있다.

이 논문에서 연구진은 전자들이 돌아다닐 수 있는 상태수가 현저히 제한되는 1-Dimension에 가까운 전자 상태이어야 한다는 것과 그 상태에 있는 전자들이 액체적 특성이 나타날 수 있을 정도로 전자-전자 상호작용이 빈번한 상태의 환경에서 수많은 실험을 수행하면서 우연한 기회에 구조를 밝혀낼 수 있었다며, 세계 최초로 상압에서 임계온도가 97oC를 능가하는 초전도 물질의 특성과 발견에 대한 이론적, 실험적 근거를 담았다(한글 논문 다운로드).

초전도체는 전류의 저항을 받지 않는 꿈의 물질이지만 극저온인 영하 270도에서만 만들어 낼 수 있는 한계가 있어 영상 온도에서 절대 구현이 불가능하다는 것이 과학계의 정설로 여겨왔다.

연구진이 LK-99 논문을 올린 아카이브는 인터넷 기반의 학술 자료 거버넌스 시스템으로 주로 물리학, 수학, 컴퓨터 과학, 생물학, 금융, 통계학 등의 분야에서의 학술 논문이 공개되고 저장되는 사이트다. 

주로 선행(Preliminary) 연구 결과를 공유해 관련 전문가들에게 직접 검증받을 수 있지만 정식 학술지로 평가받지 않는다.

상온 초전도체 개발은 미국 로체스터대학 디아스 연구팀이 지난 2020년 극도로 높은 압력을 가해 초전도체를 개발했다는 논문을 네이처지에 게재했지만, 압력이 너무 높아 분자 구조가 압축되면서 관찰할 수 없고 화학식이 불분명하며 데이터 분석 방법의 하자와 재현성 불가라는 이유로 게재를 취소당하는 불명예를 안았다.

이후로 초전도체 개발에 대한 진위를 따지는 논란이 계속해서 제기되어 온 탓에 국내 연구진의 세계 최초 상온 초전도체 개발이라는 희소식은 매우 회의적이고 보수적인 시각으로 검증 결과에 촉각을 곤두세우는 모습이다.

미국 로렌스버클리국립연구소(LBNL) 시네이드 그리핀 연구원은 지난달 31일 아카이브에 LK-99의 구조를 시뮬레이션한 결과를 발표했는데, 기존 초전도체들보다 높은 온도에서 초전도성이 나타날 것으로 보인다는 논문을 게재했다.

이어, 중국 화중과학기술대학교 연구팀이 1일 LK-99를 합성했다는 동영상을 올리면서 전 세계가 상온 초전도체 개발에 다시 주목하는 계기가 되고 있지만 여전히 섣부른 판단일 수 있다는 시각이 지배적이다.

퀀텀에너지연구소는 논란의 중심이 되고 있는 상온 초전도체 ‘LK-99’ 샘플을 보유하고 있으며 관련 학계의 검증을 받아 공개하겠다는 입장으로 알려졌지만 공개시기는 아직까지 미정이다.

LK-99 물질이 상온 초전도체로 입증이 될 경우, 인류 문명에 새로운 전기를 가져올 정도로 엄청난 파급력 있는 변화가 예상된다.

먼저 일반 컴퓨터 보다 빠른 연산 처리 속도를 가진 슈퍼컴퓨터를 뛰어넘는 양자 컴퓨터 개발과 양산이 최소 2~3년 안에 가능해지고 자유로워진다.

연산 처리속도를 비교해 보면 평균적인 성능을 지닌 컴퓨터는 0과 1의 이진법을 통해 1초에 8500만 회 계산을 하고, 슈퍼컴퓨터는 1초에 1000조 회의 계산을 하는 반면, 양자컴퓨터는 큐피트 한 개에 00, 01, 10, 11의 기하학적인 연산으로 일반컴퓨터 보다 1경, 슈퍼컴퓨터 보다 30조 배 이상의 빠른 연산이 가능하다.

모든 컴퓨터들이 전류의 저항으로 높은 발열을 하기 때문에 열을 식혀주는 장치가 필수다.

높은 연산처리 속도 양자컴퓨터는 전류의 저항으로 높은 발열을 처리할 수 없어 극저온 온도인 영하 270도에서만 구현이 가능한데, 초전도체를 사용하면 발열 문제가 사라지고 적은 에너지로 컴퓨팅이 가능해 본격적인 인공지능 시대가 도래한다.

상온상압 초전도체가 세상에 나오게 되면 전 세계 양자컴퓨터 개발사와 관련 전문가들이 오류가 없는 양자컴퓨터가 나오려면 십수년이 걸릴 것이라는 예상이 단 번에 깨진다.

슈퍼컴퓨터를 운용하기 위해서는 수백에서 수천 개의 고성능 프로세서와 메모리, 저장장치 등을 집적한 대형 시스템이 요구되는데 방대한 성능을 제공하기 위해 서버 룸 또는 전용 데이터 센터 등의 파워 공급과 냉각 시스템 등 투자 시설비용이 크다.

양자컴퓨터도 초저온 환경에서 작동하기 때문에 계량기와 액체 헬륨, 질소 등의 냉각 장치가 필요하고, 시스템 구성은 슈퍼컴퓨터 보다 상대적으로 작아도 극저온이라는 작동 환경을 구현하기에는 물리적인 제약이 따를 수밖에 없다.

인류가 갖고 있는 물리적인 제한을 해결할 수 있는 대안으로 상온 초전도체 개발이 인정된다면 미래에는 노트북으로 양자컴퓨팅 능력이 구현할 수 있다는 가설이 성립된다.

이처럼 다양한 기술적 한계를 뛰어넘어 저항이 없는 전류로 전기 및 전자기기의 하드웨어 규모가 축소되고 비용적인 측면에서 경제적 절감 효과를 가져올 뿐만 아니라 디지털 수혜 격차가 크게 줄어든다.

먼저 에너지 저장과 전력 그리드 효과로 전기 사용에 대한 부담이 줄고 에너지 손실 최소화로 전력 공급의 안정성이 향상되면서 전기가 들어오지 않는 지역까지 전기설비를 증설할 수 있는 효과를 가져올 수 있다.

또, 하이퍼 튜브와 같은 미래 진공 자기부상 고속열차 개발에 급진적인 기술 변화를 가져와 이동의 편리성이 확보되며 초전도체 기술을 이용한 첨단의료 기기 발명으로 초전도 자기공명영상(MRI) 및 신경간섭(Neural interference) 등 더욱 정밀하고 고품질의 성능을 확보한 의료서비스를 제공할 수 있게 된다.

이러한 일상의 변화 뿐만 아니라 초전도체를 사용한 초계분광법 등 고도의 실험 기술은 물질과 입자의 다양한 특성을 연구하고 시뮬레이션할 수 있는 능력을 제공해 새로운 물질이나 기술 발견에 가능성을 제공할 것으로 예상된다.