국내 연구진이 원자보다 작은 미시세계에서 ‘양자거리’를 측정하는 데 성공했다. 머리카락 굵기(0.1㎜)의 100만분의 1 크기 세계를 정확하게 측정할 방법을 세계 최초로 개발한 것이다. 양자컴퓨터·센싱 등 양자 산업 전반에 파급 효과가 예상된다.
과학기술정보통신부는 5일 김근수 연세대 교수 연구팀과 양범정 서울대 교수 연구팀이 세계 최초로 고체 물질 속 전자의 양자거리 측정에 성공했다고 밝혔다. 양자거리는 미시세계에 존재하는 입자들의 유사성을 수치로 나타낸 물리량이다. 두 입자가 완전히 똑같은 양자 상태라면 0, 완전히 다르면 1로 측정된다. 양자를 이용한 연구와 산업은 0과 1 사이에 존재하는 입자들의 수많은 관계를 파악한 뒤 이 정보를 활용한다. 양자거리의 정확한 파악이 중요한 이유다.
연구팀은 단순한 구조를 지닌 흑린에 주목해 측정 방법을 개발했다. 이론 연구를 맡은 양 교수 연구팀은 흑린 속 전자의 위상차를 알면 양자거리도 구할 수 있다는 사실을 밝혔다. 실험을 맡은 김 교수 연구팀은 방사광가속기 등을 활용해 전자들의 위상차를 정밀하게 측정한 뒤 이로부터 양자거리를 추출하는 데 성공했다.
이번 연구로 인해 양자 연구와 산업 전반에 긍정적인 효과가 기대된다. 특히 기존 컴퓨터와 달리 0과 1의 가능성이 동시에 존재한다는 중첩 개념을 연산에 활용하는 양자컴퓨터의 성능 향상에 기여할 전망이다. 양자컴퓨터는 기존 컴퓨터보다 연산 속도와 효율이 높다는 장점을 가진 한편 잦은 오류가 상용화에 걸림돌이었다. 양자거리를 정확하게 측정하면 양자컴퓨터의 신뢰도를 높여 이 문제를 해결할 수 있다.
김 교수는 “건축물을 안전하게 세우기 위해 정확한 거리 측정이 필수인 것처럼, 오류 없이 정확하게 동작하는 양자 기술 개발에도 정확한 양자거리 측정이 필요하다”며 “이번 연구 성과가 양자 컴퓨팅과 양자 센싱과 같은 다양한 양자 기술 전반에 기초 도구로 활용될 수 있을 것”이라고 밝혔다. 연구 결과는 6일(현지시간) 과학 저널 사이언스지에 게재됐다.
윤준식 기자 semipro@kmib.co.kr
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