초록 ▼

연구목표
◦ 최종 연구목표
- 전류신정의 및 양자측정 삼각체계 실현
- 플랑크상수 기반 질량 실현기술 개발
- 세계최고수준의 1차 주파수표준기 및 초 신정의 대비 광시계 개발
- 광자계수 검출기의 검출효율 측정표준 확립

◦ 해당단계 연구목표
- QMT 통합 시스템 불확도 10^-7 수준
- 키블저울 기반 킬로그램 실현 (목표 불확도 5×10^-8)
- 키블저울 기반 질량단위 보급기술 개발
- 플랑크상수 기반 미세질량 실현 (목표 불확도

연구목표
◦ 최종 연구목표
- 전류신정의 및 양자측정 삼각체계 실현
- 플랑크상수 기반 질량 실현기술 개발
- 세계최고수준의 1차 주파수표준기 및 초 신정의 대비 광시계 개발
- 광자계수 검출기의 검출효율 측정표준 확립

◦ 해당단계 연구목표
- QMT 통합 시스템 불확도 10^-7 수준
- 키블저울 기반 킬로그램 실현 (목표 불확도 5×10^-8)
- 키블저울 기반 질량단위 보급기술 개발
- 플랑크상수 기반 미세질량 실현 (목표 불확도 1×10^-6 @ 2 g)
- 광자 모멘텀 기반 서브피코뉴턴힘 발생 기술 개발 (목표 불확도 < 5 %)
- 세계 최고 수준의 원자시계 개발 및 세계적 수준의 시각비교 기술 확보
- 광자계수 검출기의 검출효율 (detection efficiency) 측정표준 확립 (목표 불확도 1 % (Si 검출기), 2 % (InGaAs 검출기) @ 파장영역 250 nm ~ 1600 nm

연구내용
◦ 1년차 연구내용
- QMT 통합 냉동기 설치: 측정시간 개선, 자기장 차폐 보완, 화이트 잡음 평가, 절연 저항 평가, signal 안정도 평가
- QMT 상온비교: 양방향 전류 및 소자 병렬화, 병렬/단일 SET + ULCA 통합 불확도 평가, 병렬/단일 SET + ULCA + QHR 어레이 통합 불확도 평가
- 1kg 키블저울 불확도 1×10^-7 수준 달성
- 표준 분동의 진공 및 대기에서의 질량 안정도 평가기술 개발
- 마이크로 키블 저울 시스템 설계
- 역학소자 반사/투과율 측정 고도화
- 원자분수시계: 계산 및 측정을 통한 DCP 불확도 평가
- 광시계: 광격자 레이저에 의한 주파수 이동 계수들 직접 측정, 원자 밀도에 의한 주파수 불확도 개선, 시계 레이저 안정도 개선
- 위성 시각비교: GPS 반송파 이용 성능 향상 기법 연구, GPS IPPP 기술 및 적용 방안 분석
- 광섬유 시각비교: 20 km 광섬유 이용 White Rabbit 시각 전송 시스템 구성 및 각종 파트의 온도에 따른 지연 시간 변화량 측정
- 광자계수검출기 검출효율: 파장 1000 nm ~ 1600 nm 영역에서 복사출력 10 nW 이상 수준에서 InGaAs 기준검출기와 비교측정을 시연, 분광감응도 측정불확도 2 % 이내 확인, 1 pW 이하에서 동작 가능한 검출기/검출시스템 후보 도출 (감도한계 연구)

◦ 2년차 연구내용
- QMT 통합 시스템 평가: 단전자 전류 불확도 향상, 프로그래머블 조셉슨 전압 표준기 개발, 양자홀저항 어레이 소자 제작 및 평가, 저온전류증폭기 평가, 저온 null 센서 평가
- 1kg 키블저울 불확도 8×10^-8 수준 달성
- 키블저울과 질량 비교기간 분동 이동 시스템 개발
- 키블저울용 비자성 질량 표준기 개발
- 마이크로 키블 저울 요소기발 개발
- 광/역학소자 상호작용 측정 연구
- 원자분수시계 BIPM 등록 완료 및 광시계와 절대주파수 비교
- 광시계: Yb 광시계 2호기에서 흑체복사, 광격자 광선, 원자 밀도에 의한 주파수 불확도 개선, background gas shift 평가 시작
- 위성 시각비교: GPS 반송파 이용 성능 향상 기법 연구, GPS IPPP 기술 성능 향상 정도 분석
- 광섬유 시각비교: 20 km 광섬유 이용 White Rabbit 시각 전송 시스템 각종 파트의 온도에 따른 지연 시간 변화량을 실시간으로 보정하여 70 ℃의 온도 변화에 대해 1 ns 이하의 시간지연 유지
- 광자계수검출기 검출효율: 고감도 적외선 기준 검출기의 설치 및 감도 한계의 실험적 확인, 복사출력 1 pW 이하 수준에서 기준 검출기의 감응도 교정
- 상용 InGaAs 광자계수 검출기의 afterpulsing 확률과 deadtime 등 오차보정에 필요한 특성 측정

◦ 3년차 연구내용
- 단전자 전류 향상, 불확도 1×10^-7 @ 150 pA
- 프로그래머블 조셉슨 전압 표준기 불확도 향상, 불확도 1×10^-7 @ 0.15 V
- 양자홀저항 어레이 제작 및 평가, 불확도 1×10^-7 (1×10^-6) @ 1 MΩ (129 kΩ)
- 저온전류증폭기 불확도 향상, 불확도 1×10^-7 @ G=1000, I=0.35 nA
- 저온 null 센서 분해능 향상, 분해능 ＜10 nV
- QMT 통합 불확도 평가 1×10^-7
- 1kg 키블저울 불확도 5×10^-8 수준 달성
- 킬로그램 분동 장시간 모니터링 시스템 개발 (진공 혹은 불활성 기체)
- 마이크로 키블 저울 시스템 개발
- 서브 피코뉴턴 미세힘 발생 및 불확도 산출
- 원자분수시계: 대한민국 표준시 및 세계협정시 기여
- 광시계: Yb 광시계 2호기 총 불확도 평가 완료
- 위성 시각비교: GNSS 이용 시각비교 안정도 10-16 수준의 비교 능력 기술 방안 수립
- 광자계수검출기 검출효율: 파장영역 1000 nm ~ 1600 nm 검출효율 측정 시연 및 불확도 분석 수행, 측정시스템 수정 및 측정 시연 (파장 1310 nm 및 1550 nm에서 우선적으로 수행)

기대효과
(응용분야 및 활용범위 포함)
◦ SI 단위 재정의에 의한 전류표준 확립
◦ 세계적인 수준의 양자전기 (전압, 전류, 저항) 표준체계 확립
◦ 저전류 및 고저항 교정 서비스 품질 향상
◦ 세계 최초 통합 양자전기 표준기 국내외 보급2019년 이전에 플랑크상수 값을 발표하여 KRISS 와트저울의 측정 성능을 인정받음
◦ 단위재정의 이후 첫 번째 시행되는 킬로그램 국제비교에 참여하여 평균값을 정하는 데 기여함
◦ 단위재정의 이후 킬로그램 표준기로 활용함
◦ 1 kg 이하의 g 레벨의 미세질량에 대해서도 키블저울의 원리를 이용하여 정확한 미세질량을 측정할 수 있게 됨
◦ 펨토뉴톤에서 서브피코뉴톤까지 넓은 극미소힘 영역에서 광압 미소힘 기술을 확보하게 됨으로써 극미소힘 표준 연구 선도
◦ 세계 최고수준의 1차 주파수표준기개발 및 국제원자시 생성에 기여
◦ 초의 신정의에 기여 등을 통한 시간주파수 국제표준 선도
◦ 원자시계 및 시각비교 기술 역량 강화
◦ 세계적 수월성 확보를 통한 국가 및 연구원의 국제위상 제고
◦ 세계 최고수준의 시공간 연구센터 및 타이밍센터 확립
◦ 양자칸델라 실현을 위한 인프라를 확보하여 관련 연구를 선도하는 기관으로 도약: 원격관측, 의료계측, 양자암호통신, 양자컴퓨팅 등 광자계수 검출기가 필수적으로 사용되는 분야에 꼭 필요한 측정표준 및 측정기술 제공 가능
◦ 국내 기업에서 개발하는 avalanche photodiode 검출기 및 광자계수 모듈의 정확한 성능평가 기술을 제공할 수 있게 되어 제품의 기술경쟁력을 높임: 광자계수 검출기를 사용하는 기업, 학교 및 연구기관들에 신뢰도 높은 성능평가 기술을 제공하여 전반적인 생산성 향상 및 비용절감 효과 기대
◦ 독창적인 기술로 파장 250 nm ~ 1600 nm 전체 영역에서 검출효율을 측정할 수 있는 역량을 갖춤으로써 국가측정표준기관으로서 위상을 높이고 우수논문 발표 및 기술이전 성과 기대

(출처 : 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• Ⅰ. 과제 개요 ... 2
• 한 글 요 약 문 ... 3
• Ⅱ. 연구개발의 개요 및 목표 ... 5
• 1. 연구개발 개요 ... 5
• 2. 연구개발 목표 및 내용 ... 26
• 3. 연구범위 및 연구수행 방법 ... 27
• 4. 연구의 가치 및 기대효과 ... 31
• Ⅲ. 1단계 추진계획 (‘18~’20) ... 35
• 1. 국내·외 관련 분야의 환경 변화 ... 35
• 2. 연구개발 목표 및 내용 ... 36
• 3. 연구 추진 계획 ... 42
• 4. 연구성과 목표 ... 45
• 5. 연구개발 추진체계 ... 48
• 6. 국제공동연구(협력) 추진계획 ... 52
• 7. 연구개발결과의 활용방안 및 기대성과 ... 54
• 8. 연구 투입 자원 내역 ... 57
• 9. 연구원 편성표 ... 58
• 9. 연구비 소요명세서 ... 61
• 10. 국가과학기술종합정보서비스(NTIS) 입력 자료 ... 68
• 끝페이지 ... 70