[노벨상 2022] 노벨물리학상 수상자들, 양자 얽힘 현상 규명..양자 기술 활용 기반 마련

양자 얽힘 실험적으로 증명하고 정교하게 검증..양자정보 선구자

(지디넷코리아=한세희 과학전문기자)2022년 노벨 물리학상은 양자얽힘 현상을 규명하고 이를 양자컴퓨터와 양자통신 등에 활용하는 길을 개척한 3명의 양자물리학 연구자에 돌아갔다.

양자 얽힘은 서로 떨어져 있는 두 입자 중 한쪽의 상태가 결정되는 순간 다른 쪽의 상태도 결정되는 것으로, 양자물리학의 핵심 원리 중 하나다. 조동현 고려대 물리학과 교수는 "얽힘과 중첩은 양자역학에만 등장하는 특별한 물질의 상태"라며 "오늘날 양자 컴퓨팅 등의 근원이 되는 현상"이라고 설명했다.   

2022년 노벨 물리학상 수상자들. 왼쪽부터 아스펙트, 클라우저, 자일링어. (자료=노벨위원회)

양자역학이 등장한 초기엔 양자 얽힘의 성격과 이를 설명하는 방법을 놓고 학계에서 여러 시도가 있었다. 두 입자 사이에 숨은 변수가 있어 서로 소통한다는 것도 그런 가설 중 하나였다.

물리학자 존 스튜어트 벨은 1960년대에 양자 얽힘을 설명하는 수식인 '벨 부등식'을 제시하며 '만약 어떤 숨은 변수가 있다면 대규모 측정을 통해 나오는 어떤 결과가 특정 값을 넘을 수 없다'고 주장했다.

존 클라우저는 1970년대 들어 벨 부등식과 관련된 광양자학 실험을 설계, 실제 양자 현상은 숨은 변수가 있을 경우의 벨 부등식과 맞지 않음을 보였다. 양자역학의 얽힘을 우회해서 설명할 숨은 변수는 없고, 일반적 양자역학이 맞음을 보인 것이다.

숨은 변수에 기반한 설명과 실제 양자 현상의 비교 (자료=노벨위원회)

알랭 아스페는 클라우저의 연구들이 미처 다 발견하지 못한 취약점들을 메우는 실험을 설계했다. 서로 얽힌 입자들이 에너지원을 떠난 후 측정 설정을 바꿈으로써 이들 양자들이 방출된 당시의 설정이 결과에 영향을 미치지 못 하게 했다.

안톤 자일링어는 이같은 성과를 바탕으로 양자 얽힘 상태를 활용, 한 입자의 양자 상태를 떨어져 있는 다른 입자에 옮길 수 있음을 보였다. 그의 연구는 오늘날 양자통신과 양자컴퓨팅 등의 기본 원리가 되었다.

정연욱 성균관대학교 물리학과 교수는 "올해 수상자들은 양자역학의 핵심인 양자 얽힘이 실제로 존재함을 밝혀 양자컴퓨팅 등 활용의 기반을 연 연구자들"이라며 "당연히 받을 사람들이 받았다"고 말했다.

한세희 과학전문기자(hahn@zdnet.co.kr)