Fermilab은 맞춤형 마이크로일렉트로닉스 개발과 양자정보과학 발전에 초점을 맞춘 두 개의 신규 Genesis Mission 과제를 주도할 예정이다.

2026년 10월 9일 — 페르미 국립가속기연구소(Fermi National Accelerator Laboratory)가 미 에너지부(U.S. Department of Energy)의 제네시스 미션(Genesis Mission) 일환으로 두 건의 새로운 과제를 수주했다. 제네시스 미션은 인공지능(AI)과 에너지부 산하 17개 국립연구소의 역량을 결합해 미국 과학의 생산성과 전반적인 영향력을 두 배로 끌어올리려는 국가적 노력이다. 페르미연구소 주도의 이번 과제들은 어제 발표된 2단계 선정의 일부로, 맞춤형 마이크로일렉트로닉스를 개발하고 양자정보과학을 발전시킴으로써 제네시스 미션에서 연구소가 맡는 핵심 역할을 넓히게 된다.

노버트 홀트캄프(Norbert Holtkamp) 페르미연구소장은 "페르미연구소는 제네시스 미션의 추가 과제를 수주하게 되어 자랑스럽다. 가능한 한 빨리 협력 기관들과 함께 업무를 시작하고자 한다"며 "각 과제는 발견 과학의 한계를 넓히는 우리의 역량을 강화한다. 하나는 차세대 계측 장비를 고도화할 AI 기반 마이크로일렉트로닉스 개발을 진전시키는 것이고, 다른 하나는 AI를 활용해 대규모 얽힘 양자 시스템이 기초물리학 등 여러 발견 분야에서 극도로 희미한 신호를 탐지하고 해석할 수 있도록 하는 것"이라고 말했다.

첫 번째 과제는 제네시스 미션 2단계 과제 "Accelerating eXtreme Environment Specs-to-Silicon"(약칭 AXESS)이다. 이 과제는 AI를 활용해 극한 환경에서 작동하는 칩의 개발을 가속함으로써 맞춤형 마이크로일렉트로닉스 설계를 혁신하는 것을 목표로 한다. 이 프로젝트는 혁신과 국가 경쟁력을 높이며, 양자, 핵융합 에너지, 입자물리학 분야에 잠재적 영향을 미칠 전망이다.

안나 그라셀리노(Anna Grassellino) 페르미연구소 최고기술책임자는 "AXESS 연구진은 AI를 활용해 마이크로일렉트로닉스 설계 과정을 몇 달에서 몇 분으로 단축하고 있다"며 "이는 국가 경쟁력을 크게 높이고 혁신의 속도를 가속할 것이다. 페르미연구소는 극저온이나 강한 방사선과 같은 극한 환경에서 작동하는 칩을 만든 깊은 경험을 보유하고 있으며, 이러한 칩은 특수 응용 분야에 활용될 수 있다"고 말했다.

AXESS의 파트너로는 Advanced Micro Devices, Inc., Arizona State University, Dataerai, Georgia Institute of Technology, IBM, Lawrence Berkeley National Laboratory, Massachusetts Institute of Technology, Oak Ridge National Laboratory, Purdue University, Sandia National Laboratories, Siemens EDA, SLAC National Accelerator Laboratory, University of California San Diego, University of Southern California 등 여러 기관과 기타 산업계 협력사가 참여한다.

2단계 RFA 과제의 목표는 이미 AI 우위의 가능성을 입증하고 혁신적인 과학 역량으로 나아가는 궤도를 보여준 프로젝트의 규모를 키우고 영향력을 확대하는 것이다. 선정된 프로젝트는 다년간 진행되며, 주요 에너지부 임무 분야 전반에서 국가적 과학·기술 과제를 해결하기 위해 학제 간 팀을 구성한다.

페르미연구소가 주도하는 두 번째 신규 과제는 "AI-Guided Sparse Characterization of Quantum Sensing States and Entanglement Structures"(약칭 QCVV)라는 1단계 프로젝트다.

양자 센서는 극히 약한 신호, 특히 기초물리학과 관련된 신호를 탐지하기 위해 중첩과 얽힘 같은 고유한 양자 현상을 활용한다. 그러나 양자 시스템의 규모와 복잡성이 커질수록 양자 상태를 완전히 측정하고 이해하는 일은 점점 어려워지며, 방대한 양의 데이터와 실험 시간이 필요하다.

QCVV 프로젝트는 AI를 활용해 이 난제를 극복하고자 한다. 복잡한 양자 상태에서 가장 정보량이 많은 특징을 식별하고, 양자 시스템의 디지털 트윈을 만들며, 가장 유용한 측정 방법을 찾아낸다. AI는 실험과 폐루프로 작동하면서 매 회차의 데이터를 활용해 다음에 무엇을 측정할지 선택한다. 이 접근법은 훨씬 더 큰 양자 시스템의 특성 규명을 가능하게 하고, 과학자들이 희미한 신호를 잡음과 실험상의 불완전성으로부터 분리하는 데 도움을 줄 수 있다.

페르미연구소가 주도하는 이 프로젝트에는 IBM, NVIDIA, Purdue University, Quantum Machines, University of Chicago가 참여한다. 이들은 양자 센싱, 양자 컴퓨팅, 인공지능, 실험 제어 분야의 전문성을 결합한다.

그라셀리노 최고기술책임자는 "이 프로젝트는 AI를 실험 루프 안으로 직접 끌어들여, 더 적은 측정으로 복잡한 양자 시스템에 대해 더 많이 알고, 실험이 다음에 무엇을 해야 할지 지능적으로 안내받을 수 있게 한다"며 "이는 페르미연구소가 지닌 양자 컴퓨팅과 센싱, AI, 고급 제어 분야의 강점을 바탕으로 하면서, 양자 생태계 전반의 상호 보완적 역량을 한데 모은다. 궁극적으로 이 연구는 더 크고 강력한 양자 센서를 만드는 데 도움을 주고, 기초과학에서 가장 희미한 신호를 찾는 노력을 가속할 수 있다"고 말했다.

이 밖에 페르미연구소는 협력 기관으로서 2단계 과제 두 건을 추가로 수주했다. 첫 번째는 MIT가 주도하는 "Lattice QCD at the Intelligence Frontier"로, 격자 게이지 이론에서 임계 둔화(critical slowing down)에 관한 페르미연구소의 수십 년에 걸친 이론 전문성을 활용하면서 AI 에이전트와 대규모 언어 모델을 적용한다.

다른 2단계 과제는 "Multi-Office Accelerator Team Core"(약칭 MOAT-Core)다. 버클리 연구소가 주도하는 이 프로젝트는 페르미연구소가 가속기 시설 전체에 통합 AI 시스템을 배치하는 역할을 맡는다. MOAT-Core는 페르미연구소의 대규모 가속기 연구개발 장비를 활용해, 핵심 과학 프로그램을 가속하기 위해 주요 시설에 AI 시스템을 배치할 수 있음을 입증하는 것을 목표로 한다.

홀트캄프 소장은 "이러한 투자는 페르미연구소의 기술 최전선에서의 추진력을 가속하고, 국가가 과학적 발견에 접근하는 방식을 바꾸도록 설계된 임무에 대한 우리의 기여를 깊게 한다. 동시에 과학과 사회 모두에 도움이 되는 혁신을 개발하려는 연구소의 노력을 한층 더 진전시킨다"고 덧붙였다.

페르미연구소 연구에 대한 자세한 정보는 www.fnal.gov에서 확인할 수 있다.