노벨물리학상에 양자정보과학 선구자 3인방

2022년 노벨물리학상 수상자 3명

올해 노벨 물리학상은 양자정보과학 발전에 기여한 프랑스와 미국, 오스트리아의 양자역학 연구자 3명에게 돌아갔다. 스웨덴 왕립과학원 노벨위원회는 4일(현지시간) 양자역학 분야 연구자인 알랭 아스페 프랑스 에꼴 폴리테크 교수, 존 클라우저 박사, 안톤 차일링거 비엔나대 교수 등 3명을 '2022년 노벨 물리학상' 수상자로 선정했다고 밝혔다.

세 명의 연구자는 양자역학 특성을 이용해 '벨 부등식 위배'라고 불리는 중요한 결과를 실험적으로 측정해 밝혀낸 업적을 인정받아 수상자로 선정됐다.

노벨위원회는 "세 명의 연구자는 양자역학을 기반으로 양자컴퓨팅과 양자통신 등 양자정보과학 발전에 기여하고, 양자기술의 새로운 시대를 위한 토대를 마련했다"면서 "얽힘이 있는 광자 실험을 통해 '벨 부등식 위배'를 확인하는 연구를 통해 양자암호와 양자컴퓨팅, 양자감지 등과 같은 기술 영역에서 광범위하고 잠재적인 영향을 미치고 있다"고 평가했다.

이어 "두 입자가 분리돼 있어도 단일 단위처럼 행동하는 얽힘 양자 상태를 사용하는 획기적인 실험을 통해 양자정보에 기반한 새로운 양자기술을 열었다"고 설명했다.

앞서 세 명의 연구자는 2010년 이스라엘 울프재단이 수여하는 '울프 물리학상'을 공동 수상한 바 있다.

이들은 아인슈타인이 '원격상태에서 유령(spooky) 같은 현상'이라고 표현했던 양자얽힘(quantum entanglement) 현상을 실험적으로 검증해 과학계에 '양자혁명'을 일으켰다. 양자얽힘은 둘 이상의 양자계가 겹쳐진 '양자중첩' 상태에서 두 개 이상의 입자들이 서로 얽히면, 완전히 분리된 후에도 같은 반응을 보이는 현상이다. 공간적으로 아무리 멀리 떨어져 있어도 한 입자의 상태가 변하면 다른 입자의 상태도 즉각 변한다. 지구 반대편에 있는 쌍둥이가 실시간으로 완벽히 똑같은 행동을 하고 있는 것과 마찬가지다. 이들은 이 실험을 통해 양자역학의 새 지평을 열었다는 평을 받는다. 이를 바탕으로 최근 양자컴퓨터, 양자네트워크, 양자보안 등의 광범위한 연구가 이뤄지고 있다.

존 클라우저는 존 벨이 고안한 '벨의 부등식' 아이디어를 발전시켜 실제 실험을 했다. 이후 알랭 아스페는 존 클라우저의 실험이 가진 몇 가지 허점을 보완하고 개선했다. 이후 안톤 차일링거는 정교한 도구와 일련의 실험을 통해 양자얽힘 상태를 이용하기 시작했다. 특히 양자 상태를 한 입자에서 멀리 떨어진 입자로 이동할 수 있는 '양자전송(quantum teleportation)' 현상을 시연했다.

조동현 고려대 교수는 "양자역학에만 존재하는 특별한 물질 상태의 핵심인 얽힘 현상을 물리적 시스템을 통해 구현하고, 양자컴퓨팅과 양자통신 등처럼 실제 생활에서 만들 수 있다는 것을 보여줬다"며 "이들은 노벨물리학상을 받았다는 데 이견이 없을 정도로 양자역학의 기원을 놓은 역할을 했다"고 말했다.

3명의 수상자에게는 총 상금 1000만 크로나(약 13억2000만원)가 지급된다.

이준기기자 bongchu@dt.co.kr