과학 지도(Science Map)을 이용한 양자과학기술 분야 형성 및 발전과정 분석

Abstract

This paper analyzed the formation and development process of quantum science and technology using a Science Map approach. Quantum science and technology encompass various disciplines such as physics, computer science, engineering, and mathematics, making it challenging to observe their formation and development within traditional disciplinary structures. To overcome this, the study utilized the method of visualizing the bibliographic information of papers related to quantum computing, quantum communication and cryptography, and quantum sensors using a Science Overlay Map, which helps analyze the relative positions of related research activities. Additionally, the paper visualized the field of quantum communication and cryptography as collaborative research networks among institutions, revealing its social structure. The analysis results showed that the knowledge base and application areas of quantum computing, quantum communication and cryptography, and quantum sensors were categorized into subject clusters related to chemistry and physics, as well as engineering and mathematics. The ratio between the two clusters was approximately 2:1 for quantum computing and quantum communication and cryptography, and about 5:1 for quantum sensors. The field of quantum sensors, initially exhibiting a different distribution from the other two fields, evolved over time to resemble the distribution of the other two fields. Moreover, analyzing the country-specific Science Overlay Maps for each subfield revealed that the quantum computing field displayed similar distributions in the United States, China, and South Korea. In the quantum communication and cryptography field, China, a leading nation, exhibited a higher proportion of topics related to physics. Despite South Korea's relatively high technological level in the field of quantum sensors, its distribution differed significantly from that of the United States and China. Through collaborative research networks, the presence of a China-centric cluster in the field of quantum communication and cryptography was identified. China has pursued an independent development path in this field, with strong policy support from the Chinese government and enhanced internal collaborative research networks contributing to this development. This study presents a perspective for analyzing the interdisciplinary research aspect of quantum science and technology, which is currently lacking in research, and provides foundational data. Furthermore, it can serve as foundational data for policy makers designing policies to support the field of quantum science and technology, or for domestic and international research institutions and companies developing strategies for the advancement of quantum science and technology.

본 논문은 과학 지도(Science Map)를 이용해 양자과학기술 분야의 형성 및 발전 과정을 분석했다. 양자과학기술은 물리학, 컴퓨터 과학, 공학, 수학 등의 다양한 학문과 관련 있는 학제간 연구 분야이이기 때문에 전통적인 학문 구조 내에서 형성 및 발전 과정을 관찰하기 어렵다. 따라서 이를 극복하기 위해 양자과학기술의 세부 분야인 양자 컴퓨터, 양자 통신 및 암호, 양자 센서 관련 논문의 서지 정보를 과학 오버레이 지도를 시각화하여 관련 연구 활동의 상대적 위치를 분석하는 방법을 사용했다. 또 양자과학기술의 세부 분야 중 양자 통신 및 암호 분야를 연구기관 단위의 공동연구 네트워크로 시각화하여 해당 분야의 사회적 구조도 함께 확인했다. 분석 결과 양자 컴퓨터, 양자 통신 및 암호, 양자 센서의 지식 기반과 활용 분야는 화학 및 물리학 클러스터와 공학 및 수학 클러스터에 속한 주제 범주였으며 두 클러스터의 비율은 양자 컴퓨터, 양자 통신 및 암호가 약 2:1, 양자 센서가 약 5:1이었다. 초기에 다른 두 분야와 비교적 다른 분포를 보였던 양자 센서 분야는 시간이 흐름에 따라 다른 두 분야와 유사한 분포로 변화했다. 또, 각 세부 분야의 국가별 과학 오버레이 지도를 분석한 결과 양자 컴퓨터 분야는 미국, 중국, 한국이 모두 유사한 분포를 보였고, 양자 통신 및 암호 분야에는 선도 국가인 중국이 물리학 관련 주제 범주의 비율이 높았다. 양자 센서 분야에서는 한국의 기술 수준이 상대적으로 높음에도 불구하고 미국, 중국과 매우 다른 분포를 보였다. 공동연구 네트워크를 통해 양자 통신 및 암호 분야에서 중국 중심의 클러스터가 존재한다는 것을 발견했다. 해당 분야에서 중국은 독자적인 발전 경로를 가지며 중국 정부의 강력한 정책 지원과 내부 공동연구 네트워크 강화가 이러한 발전에 기여했다. 본 연구는 양자과학기술에 대한 학제간 연구 관점의 연구가 매우 부족한 상황에서 해당 분야를 분석하기 위한 관점을 제시하고 기초 자료를 제공한다는 의미를 갖는다. 더 나아가 정책 입안자가 양자과학기술 분야를 지원하기 위한 정책을 설계하 거나 국내외 연구기관, 기업 등이 양자과학기술 분야의 발전 전략을 수립하고자 할 때 기초 자료로 활용될 수 있다.