# NIST 과학자들, '임의 파장' 레이저 개발

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- Author: [neo](https://news.hada.io/@neo)
- Published: 2026-04-19T18:37:08+09:00
- Updated: 2026-04-19T18:37:08+09:00
- Original source: [nist.gov](https://www.nist.gov/news-events/news/2026/04/any-color-you-nist-scientists-create-any-wavelength-lasers-tiny-circuits)
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## Topic Body

- **집적 포토닉스 칩** 안에서 하나의 레이저 색을 다양한 가시광선과 적외선으로 바꾸고, 회로 설계만으로 서로 다른 **고유 파장**을 만드는 구조 구현
- **실리콘 웨이퍼** 위에 리튬 나이오베이트와 tantala를 3차원으로 적층해, 빛의 색 변환과 전기적 제어를 한 칩에서 함께 처리하는 방식 적용
- **양자 시계**와 **양자 컴퓨터**는 원자마다 맞는 특정 레이저 색이 필요하지만, 기존 장비의 부피·비용·전력 소모가 현장 활용의 큰 제약으로 작용
- 웨이퍼 한 장에 손톱 크기 칩 약 50개와 총 1만 개 포토닉 회로를 집적했고, 각 회로는 서로 다른 색을 출력하며 실험실에서는 적외선을 가시광으로 바꾸는 동작 확인
- **저렴하고 휴대 가능한 광자 기반 시스템**으로 이어질 수 있는 제작 경로 확보로, 양자 기술뿐 아니라 AI용 칩 간 통신과 **가상현실 디스플레이** 같은 활용 확장 가능성 부각

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### 집적 포토닉스 회로의 진전
- **실리콘 웨이퍼** 위에 특수 재료의 복잡한 패턴을 적층해, 전자 칩처럼 빛을 이동시키고 정보를 처리하는 **포토닉스 칩** 구현
  - 이 칩은 레이저, 도파관, 필터, 스위치 같은 광학 소자를 사용해 빛을 회로 안에서 전달하고 처리하는 구조
  - 인공지능, 양자 컴퓨터, 광학 원자시계 같은 신흥 기술에 도움 가능
- 전자 대신 **광자**를 사용하는 회로는 정보 전달과 처리에서 전기와 다른 특성 보유
  - 광자는 회로를 통과할 때 전자보다 훨씬 빠르게 이동
  - 레이저 빛은 광학 원자시계와 양자 컴퓨터 같은 양자 기술 제어에 필수 요소
- 집적 포토닉스 확산의 주요 장애물 중 하나는 **레이저 파장 제한**
  - 고품질·소형·고효율 레이저는 소수의 파장에서만 존재
  - 반도체 레이저는 **980 나노미터 적외선** 생성에 매우 적합하며, 이 색은 인간 시야 범위 바로 바깥
- 광학 원자시계와 양자 컴퓨터는 다양한 다른 색의 레이저 필요
  - 해당 색을 만드는 기존 레이저는 크고 비싸며 전력 소모가 커서, 이런 양자 기술을 소수의 특수 목적 연구실에 사실상 묶어두는 상태
- 칩 회로 안에 레이저를 통합하면 **더 저렴하고 휴대 가능한 양자 기술**로의 전환 기대
  - 실험실 밖 실제 응용으로 확장할 수 있는 가능성

### 다층 적층 방식
- 새 포토닉스 칩은 **층층이 쌓인 구조**로 제작
  - 출발점은 실리콘과 이산화규소(유리), 그리고 들어온 빛의 색을 바꿀 수 있는 **리튬 나이오베이트**가 코팅된 표준 실리콘 웨이퍼
- 금속 조각을 추가해 회로가 한 색의 빛을 다른 색으로 변환하는 방식을 **전기적으로 제어** 가능
  - 별도의 금속-리튬 나이오베이트 인터페이스를 만들어 회로 내부에서 빛을 빠르게 켜고 끄는 기능 구현
  - 이 능력은 데이터 처리와 고속 라우팅의 핵심 요소
- 최상층에는 두 번째 비선형 재료인 **탄탈럼 펜톡사이드(tantala)** 적용
  - tantala는 하나의 레이저 색을 입력받아, 가시광선 전체 무지개 색과 넓은 범위의 적외선 파장으로 변환 가능
  - 이 재료를 가열하지 않고 회로로 제작하는 기술을 수년간 개발해, 다른 재료 위에 손상 없이 증착 가능
- 서로 다른 재료를 **3차원 적층**으로 패터닝해, 층 사이에서 빛을 효율적으로 라우팅하는 단일 칩 제작
  - tantala의 빛 변환 능력과 리튬 나이오베이트의 제어성 결합
  - tantala를 기존 회로에 추가할 수 있는 점이 핵심 강점
- 웨이퍼 한 장에 약 **손톱 크기 칩 50개**, 총 **1만 개 포토닉 회로** 집적
  - 각 회로는 서로 다른 고유 색 출력
  - 회로 설계만으로 다양한 색 생성 가능

### 파장별 맞춤 레이저 수요
- 양자 시계와 양자 컴퓨터는 **원자 배열**을 사용해 정보를 저장하고 처리하는 경우가 많음
  - 원자 종류마다 내부 양자 에너지 준위에 맞는 레이저 필요
- **루비듐** 원자는 780 나노미터의 붉은 빛에 반응
  - 양자 컴퓨터와 시계에서 흔히 사용되는 원자 사례
- **스트론튬** 원자는 461 나노미터의 푸른 빛에 반응
  - 다른 색을 비추면 아무 반응도 일어나지 않음
- 이런 맞춤형 색을 만드는 기존 레이저의 **부피·비용·복잡성**이 양자 컴퓨터와 광학 시계의 현장 배치를 가로막는 주요 장애물
  - 실험실 밖 현장 환경으로 옮기는 데 큰 제약 요소

### 응용 가능성
- 저렴하고 저전력이며 휴대 가능한 **광학 시계**는 여러 분야에서 잠재적 활용 가능
  - 화산 분화와 지진 예측 지원 가능성
  - 위치 확인과 항법에서 **GPS 대안** 가능성
  - 암흑물질의 본질 같은 과학적 수수께끼 탐구 지원 가능성
- **양자 컴퓨터**는 약물과 재료의 물리학·화학 연구에 새로운 접근 제공 가능
- 집적 포토닉 회로의 활용처는 양자 기술에만 한정되지 않음
  - 기술 기업이 사용하는 특수 칩 사이에서 신호를 효율적으로 전달하는 데 도움 가능
  - AI 기반 도구를 더 강력하고 효율적으로 만드는 데 기여 가능
- 기술 기업들은 포토닉스를 **가상현실 디스플레이** 개선에도 활용하려는 관심 보유

### 상용화 경로
- 현재 칩은 아직 **대량 생산 준비 단계 아님**
  - 다만 제작 기법 자체는 앞으로의 경로 제공
- 기술 확장을 위해 **Octave Photonics**와 협력 진행
  - Colorado주 Louisville 기반 스타트업
  - 전 NIST 연구진이 설립했으며, 기술 스케일업 작업 진행 중

### 시각적·실험적 특징
- 손톱 크기의 작은 직사각형 칩 안에 **레이저 빛의 색을 바꾸는 다수의 회로** 집적
  - 사진에서는 보이지 않는 적외선을 가시적인 푸른 빛으로 변환하는 회로 하나 제시
  - 크기 비교를 위해 dime 동전 사용
- 비선형 광학 기반 칩은 **수십 가지 색의 레이저** 포함 가능
- 실험실에서 칩이 **보이지 않는 빛을 받아 가시광을 다수 생성**하는 동작 확인
  - 하나의 집적 칩 안에서 다양한 응용 가능성을 직관적으로 보여주는 장면

## Comments



### Comment 55827

- Author: neo
- Created: 2026-04-19T18:37:09+09:00
- Points: 1

###### [Hacker News 의견들](https://news.ycombinator.com/item?id=47819453) 
- **마젠타**나 갈색 이야기만 할 게 아니라, 레이저 없이도 지금 바로 **착시 색**을 볼 수 있음. [이 글](https://dynomight.net/colors/) 따라가 보면 뭔가 하이퍼 터콰이즈 같은 색이 보이는 경험을 하게 됨
  - 나는 색과 빛의 **주파수**라는 개념 자체가 정말 매혹적이라고 느낌. 결국 빛은 물리적 신호일 뿐인데, 우리가 느끼는 색의 주관적 경험은 훨씬 풍부함. 내가 보는 빨강과 다른 사람이 느끼는 빨강이 사실은 다를 수도 있지만, 둘 다 그것을 빨강이라 부르고 불·사랑·열·위험 같은 의미와 연결한다는 점이 특히 흥미로움
  - 나는 색에 대해 새로운 걸 배우는 날이면 무조건 좋은 날이라고 느낌. 내가 제일 좋아하는 **색상 상식**은 단색광 핑크라는 건 없다는 점임. 핑크는 가시광선 양끝, 즉 붉은빛과 보랏빛 계열을 섞어야 만들 수 있어서 엄밀히 말하면 무지개에는 **핑크**가 없음
  - 나는 **안구/망막 편두통**이 있어서, 이런 사람에게는 이 글의 시각 실험이 오히려 좋지 않을 수 있다고 미리 알려주고 싶음
  - 나는 글에서 “점만 계속 보라, 1분이면 된다”라고 해서 해봤는데, 솔직히 시간만 버린 느낌이었음
  - 나는 이게 **acid**로 트립했을 때 보이는 현상을 약간은 설명해주는 것처럼 느껴졌음

- 나는 기사에서 “광자는 전자보다 회로를 훨씬 빠르게 지나간다”는 식의 설명이 약간 오해를 부를 수 있다고 봄. **전자 자체**는 광속으로 움직이지 않지만, 전기적 정보 전달은 이미 광속에 가깝게 일어남. 그래서 계산 성능 향상 포인트는 지연시간보다는 **대역폭** 쪽일 가능성이 크다고 생각함
  - 나는 전기 회로에서 정보는 전자 덩어리가 직접 달리는 방식보다 **전기장**을 통해 전달되고, 그 전파 속도는 광속에 가깝다고 이해하고 있음
  - 내가 아는 기준으로는 **Cat6** 케이블은 대략 0.6c 정도이고, 케이블 종류에 따라 약간 더 빨라질 수 있음. 광섬유도 코어의 굴절률 때문에 빛의 속도가 대략 **0.6c** 수준임

- 나는 여기서 말하는 **photonic computing**에 진짜 실체가 있는지, 누가 쉽게 설명해주면 좋겠다고 느꼈음
  - 내가 보기에 바로 떠오르는 장점은 있음. 광통신에서는 **여러 색의 빛**을 한 섬유에 훨씬 더 많이 집어넣을 수 있고, 각 색마다 수십 GHz 변조를 실을 수 있어서 아직 안 쓰는 대역폭이 엄청 많음. 또 레이저 파장을 정밀하게 맞추면 특정 결합 에너지에 맞춘 **분자 화학**도 가능할 수 있고, 레이저 절단·용접도 더 효율적인 파장을 골라 쓰는 식으로 발전할 수 있어 보임
  - 내 생각에 핵심은 원하는 **광주파수**를 만들어내는 소자를 제조하는 방법을 확보했다는 점임. 지금까지는 칩에 올릴 수 있을 만큼 저렴하고 작고 효율적인 레이저가 일부 파장에서만 가능했는데, 그 제약이 줄어드는 셈임. 기사 서술은 좀 과장됐지만 논문에는 효율 수치도 있고, 예를 들면 485nm에서 35mW를 넣어 **6mW 출력**을 얻는 식임. 특히 다중 모드 광통신에서 더 많은 주파수를 써서 대역폭을 키우거나 장치를 더 작고 싸고 효율적으로 만들 가능성이 있어 보임
  - 나는 이런 걸 **기초 연구** 전반과 비슷하게 봄. 실제 문제 해결에 쓰이기 전에는 얼마나 가치가 클지 미리 예측하기가 거의 불가능함. 아주 추상적인 수학도 나중엔 거대한 산업이 되곤 했음. 그래도 레이저 **파장 제어**가 현대 통신 기술의 핵심인 건 분명해서, 이번 기술이 쓸모없게 끝나지는 않을 거라고 봄
  - 나는 이게 오히려 **양자컴퓨팅**에 더 직접적일 수 있다고 봄. 이온 트랩에서 어떤 이온을 고를지는 결국 어떤 파장을 안정적으로 만들 수 있느냐와 연결되는데, 지금은 개조된 telecom 레이저로 다루기 쉬운 파장 쪽으로 선택이 끌려감. 만약 레이저 파장을 이 정도로 자유롭게 조절할 수 있다면, 그 제약이 사라져서 **다른 특성의 이온**을 선택할 수 있게 될지도 모름
  - 나는 이 분야 전문가는 아니지만 핵심 조건이 몇 개 있다고 느낌. 먼저 **임의 파장 생성**이 가능해야 하고, 그다음엔 그 파장을 정밀하게 측정할 수 있어야 하며, 또 주파수에 민감하지 않게 동작하는 홀로그래픽 게이트 같은 것도 필요해 보임. 이런 것들이 갖춰지면 계산 능력은 결국 서로 다른 **파장 구분 능력**에 의해 결정될 것 같음. 이론적으로는 훨씬 많은 계산을 했더라도 감지하지 못하는 문제까지 가게 되어서, 꽤 철학적인 질문으로 이어짐

- 나는 이게 최종 비용만 괜찮다면 **이온 트랩** 양자컴퓨팅에는 분명 반가운 소식이라고 봄. 이온을 가두는 데 필요한 레이저 파장은 고르는 분자나 종에 따라 달라지는데, 지금 장비들은 비싸고 예민하고 보정도 어렵고, 염료 레이저를 쓰면 꽤 번거롭기까지 함
  - 나는 **중성 원자** 쪽에도 해당된다고 봄. 원자를 Rydberg 상태로 펌핑하려면 꽤 깨끗한 빛이 필요함

- 나는 앞으로 **RGB 기본색**의 삼각형 색역에 갇히지 않고, 기본색 자체가 동적으로 바뀌어서 거의 모든 색을 보여주는 새로운 디스플레이가 나오면 정말 신날 것 같음
  - 나는 그냥 **모든 색**을 원함. 가능하면 완전한 **분광 분포** 자체를 내놔줬으면 좋겠음
  - 나는 그 발상이 멋지긴 한데, 그렇게 되면 이미지 데이터를 **어떻게 인코딩**할지 궁금해졌음

- 나는 원문 논문은 [여기](https://arxiv.org/abs/2509.08092)라고 공유하고 싶었음

- 나는 제목이 좀 **오해의 소지**가 있다고 느낌. 이건 진짜 범용 계산기라기보다, 집적 광학에서 레이저 입력의 주파수에 대해 여러 **비선형 광학 효과**를 활용해 일종의 연산을 하는 이야기로 보임
  - 나는 꼭 그렇게 보지는 않음. 실험에서 보여준 건 사실상 “거의 모든 파장”을 커버하는 데 가까운 **supercontinuum source**이고, 그걸 집적 칩에서 구현했다는 점만으로도 꽤 인상적이라고 느낌

- 나는 전자가 칩에서 스마트 디바이스까지 가는 데 60년이 걸렸다는 점을 떠올리면, 광자도 비슷한 경로를 따른다면 우리는 이제 막 **출발 신호**를 쏜 셈이라고 느낌. 특히 **tantala**가 단일 레이저 색 하나를 넣으면 거의 무지개 전체로 펼쳐낸다는 점이 정말 흥미로움

- 나는 미 해군이 오래전부터 일종의 성배처럼 여긴 **free electron laser**를 연구해왔다는 점이 떠올랐음. 관련 예시는 [Boeing 보도자료](https://boeing.mediaroom.com/2010-03-18-Boeing-Completes-Pre...)에서 볼 수 있음

- 나는 “정말 아무 파장이나 되는 레이저”라는 얘기를 들으면 결국 [gamma-ray laser](https://en.wikipedia.org/wiki/Gamma-ray_laser) 같은 것도 떠오르게 됨. 현실은 쉽지 않지만, 있으면 좋겠다는 느낌이 강함
  - 나는 덕분에 그게 정말 **graser**라고 불리는지도 궁금증이 풀렸음. 한편으로는 SF 독자 감성 때문에, 그 용어가 언젠가 **중력파 발진기** 같은 데 예약돼 있길 바라는 마음도 조금 있었음