MEMS 배열 칩으로 모래 알갱이 크기의 비디오 투영 실현

MEMS Array Chip Can Project Video the Size of a Grain of Sand

📅 2026-04-13 📰 Hacker News (Top) ⬆ 72

요약

MITRE 양자컴퓨터 프로젝트에서 개발한 1제곱밀리미터 크기의 포토닉 칩은 초당 6,860만 개의 광점을 투영할 수 있으며, 기존 MEMS 기술의 50배 이상 성능입니다. 미니 캔틸레버 배열이 압전 소자를 통해 광선을 2차원 영역에 스캔합니다.

핵심 포인트

피에조전기 재료(질화알루미늄)를 활용한 마이크로 캔틸레버가 전압에 반응하여 광파이버 끝에서 빛을 방출하고 2D 영역 스캔 가능
양자 컴퓨터 제어 용도에서 출발했으나, 증강현실, 생의학 이미징, 3D 프린팅 스캔 등 다양한 응용 분야 확보

왜 중요한가

극소형 디스플레이, 광학 스캐닝, 양자컴퓨터 제어 등 첨단 분야 기술을 다루는 개발자들에게 MEMS 포토닉스의 최신 가능성을 보여줍니다.

📄 전문 번역

모래알 크기의 칩이 영상을 투사한다

양자컴퓨터용 레이저 조종 기술, 예상 밖의 활용처를 찾다

양자컴퓨터가 사이버보안, 신약 개발 등 다양한 분야에서 제 역할을 하려면 수백만 개의 큐빗이 필요할 것으로 예상됩니다. 그런데 문제가 있습니다. 수백만 개의 큐빗을 동시에 제어하려면 수백만 개의 레이저 빔을 조종해야 한다는 거죠.

MITRE, MIT, 콜로라도 볼더 대학교, 샌디아 국립연구소가 함께 진행한 MITRE 양자 문샷(Quantum Moonshot) 프로젝트의 연구진들이 바로 이 문제와 마주쳤습니다. 그리고 그들이 개발한 해결책이 영상 투사 기술인데, 흥미롭게도 증강현실, 생의학 영상 등 완전히 다른 분야의 문제들도 해결할 수 있다는 걸 깨달았습니다.

손톱 크기 칩의 놀라운 성능

해당 장치는 1제곱밀리미터 크기의 포토닉 칩입니다. 이 칩이 모나리자 그림을 인간의 난자 2개를 나란히 놨을 때의 크기보다 작은 영역에 투사할 수 있다고 하니, 얼마나 정교한지 감이 오실 겁니다.

양자공학 연구를 주도한 콜로라도 볼더 대학교의 매트 아이헨펠드 교수는 "처음에는 우리가 영상 기술을 혁신할 수 있는 기술을 만들 거라고 상상도 못 했습니다"라고 말합니다.

이 칩은 매초 6,860만 개의 개별 광점(스캔 가능 픽셀)을 투사합니다. 기존의 미세전자기계시스템(MEMS) 미러 어레이 기술보다 50배 이상 뛰어난 성능입니다. MIT의 방문 연구원이자 QuEra Computing의 포토닉 엔지니어인 헨리 웬은 "우리가 만든 스캔 가능 픽셀은 회절이 허용하는 절대적 한계에 도달했습니다"라고 설명합니다.

핵심은 초소형 캔틸레버

이 칩의 가장 특징적인 부분은 미세한 캔틸레버 어레이입니다. 캔틸레버는 전압에 반응해 칩 평면에서 구부러져 나오면서, 마치 스키점프대처럼 빛을 꺾어 보냅니다.

빛은 각 캔틸레버를 따라 도파관을 통해 흐르다가 끝부분에서 방출됩니다. 캔틸레버에 포함된 질화알루미늄(압전 물질)이 전압에 따라 팽창하거나 수축하면서, 미세한 기계 장치가 상하로 움직이고, 이에 따라 빛의 빔이 2차원 영역을 훑게 되는 원리입니다.

캔틸레버를 제작하는 과정은 놀랍게도 "꽤 순조로웠다"고 아이헨펠드 교수는 평가합니다. 각 캔틸레버는 여러 층의 초미세 재료로 구성되어 있으며, 정지 상태에서 약 90도로 구부러집니다.

이렇게 극단적인 곡선을 만들기 위해 연구팀은 제조 과정에서 발생하는 물리적 응력으로 인한 각 층의 수축·팽창 차이를 활용했습니다. 재료를 먼저 칩 위에 평평하게 증착한 후, 캔틸레버 아래의 층을 제거합니다. 그러면 응력이 작용해서 캔틸레버가 자연스럽게 칩에서 떨어져 나오면서 구부러지는 거죠.

각 캔틸레버의 맨 위층에는 도파관에 수직으로 달린 산화규소 막대들이 있는데, 이것들이 캔틸레버가 폭 방향으로 말리지 않도록 막으면서 동시에 길이 방향의 곡선을 더 좋게 만들어줍니다.

진짜 어려웠던 건 이미지 생성

칩 자체를 만드는 것보다 더 어려웠던 건 실제로 이 칩으로 영상을 투사하는 방법을 개발하는 것이었습니다. 캔틸레버의 움직임과 빛을 동기화하고 타이밍을 맞춰서 정확한 색깔을 정확한 순간에 만들어내야 했거든요.

프로젝트에 참여한 MITRE의 연구원 앤디 그린스펀은 이것이 상당한 노력이 필요했던 작업이라고 회상합니다. 현재 연구팀은 단일 캔틸레버로 다양한 영상을 성공적으로 투사했습니다. '찰리 브라운의 크리스마스' 영화 클립을 포함한 여러 영상을 말이죠. 약 125 마이크로미터 크기의 모나리자도 투사할 수 있었습니다.

양자컴퓨터와 그 이상

이 칩이 기존의 빔 스캐너보다 훨씬 더 많은 점들을 조종할 수 있다는 건, 양자컴퓨터의 훨씬 더 많은 큐빗을 제어할 수 있다는 뜻입니다. 양자 문샷 프로그램의 목표가 수백만 개의 큐빗으로 확장 가능한 양자컴퓨터를 만드는 것이므로, 이를 위해서는 확장 가능한 제어 방식이 꼭 필요합니다.

웬 연구원이 설명하는 핵심은 이렇습니다. 기존에는 각 큐빗마다 레이저 하나씩을 썼는데, 실은 모든 큐빗을 매 순간 제어할 필요는 없다는 걸 깨달았다는 겁니다. 이 칩이 빛의 빔을 2차원 영역으로 빠르게 움직일 수 있으니, 훨씬 적은 수의 레이저로도 모든 큐빗을 제어할 수 있게 되는 거죠.

웬은 또한 이 칩이 3D 프린팅을 위한 물체 스캔 기술도 크게 개선할 수 있을 거라고 생각합니다. 현재의 스캔 방식보다 훨씬 더 빠르고 정교하게 작동할 수 있기 때문입니다.

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