[2022 노벨상] 양자통신·양자컴퓨터 실현 초석 놓은 물리학자 3人(종합)

아스페·클라우저·차일링거, 노벨 물리학상
벨 부등식 증명하고, 실제 실험 성공
"양자역학, 세상에 존재할 수 있다는 걸 증명"
"벨 부등식 만든 벨 살아있었다면 그가 수상"

스웨덴 왕립과학원 노벨위원회가 4일 노벨 물리학상 수상자를 발표하고 있다. 올해 노벨 물리학상은 양자역학에서 숨은 변수의 부재를 나타내는 ‘벨 부등식(Bell inequality)’을 증명하고, 이를 실제 실험으로 구현해 낸 알랭 아스페(Alain Aspect·75) 프랑스 파리 사클레대 교수 겸 에콜폴리테크 교수, 존 클라우저(John F. Clauser·80) 미국 존 클라우저 협회 창립자, 안톤 차일링거(Anton Zeilinger·77) 오스트리아 빈대 교수에게 돌아갔다. 연합뉴스

사이언스조선

올해 노벨 물리학상은 양자역학에 따른 정보 전달의 원리를 이른바 ‘벨 부등식(Bell inequality)’으로 증명하고, 이를 실제 실험으로 구현해 낸 알랭 아스페(Alain Aspect·75) 프랑스 파리 사클레대 교수 겸 에콜폴리테크 교수, 존 클라우저(John F. Clauser·80) 미국 존 클라우저 협회 창립자, 안톤 차일링거(Anton Zeilinger·77) 오스트리아 빈대 교수에게 돌아갔다. 양자역학은 ‘세기의 천재’ 알베르트 아인슈타인마저도 탐탁지 않아 했던 분야이다. 학계는 벨 부등식을 만들어 아인슈타인을 반박한 존 스튜어트 벨(John Stewart Bell)이 살아 있다면 그가 상을 거머쥐었을 것으로 분석했다.

스웨덴 왕립과학원 노벨위원회는 4일 “아스페, 클라우저, 차일링거가 얽힌 양자 상태를 사용해 두 개의 입자가 각각 분리돼 있어도 단일 단위처럼 행동하는 획기적인 실험을 수행해 양자 정보를 기반으로 하는 새로운 기술의 길을 열었다”고 노벨 물리학상 수상자 선정 이유를 밝혔다.

아스페는 1947년 프랑스 아쟁에서 태어났다. 1983년 프랑스 오르세에 있는 파리 쉬드대에서 박사 학위를 받고 프랑스 팔레조의 파리-사클레대와 에콜폴리테크니크 교수로 일하고 있다. 클라우저는 1942년 미국 캘리포니아주 패서디나에서 태어나 1969년 미국 뉴욕 컬럼비아대에서 박사 학위를 받았다. 차일링거는 1945년 오스트리아 리트임인크라이스에서 태어났다. 1971년 오스트리아 빈 대에서 박사 학위를 받고 오스트리아 빈대 교수로 일했다.

올해 노벨 물리학상 수상자로 알랭 아스페(Alain Aspect·75) 프랑스 파리 사클레대 교수 겸 에콜폴리테크 교수, 존 클라우저(John F. Clauser·80) 미국 존 클라우저 협회 창립자, 안톤 차일링거(Anton Zeilinger·77) 오스트리아 빈대 교수가 선정됐다. /영국왕립학회, 오스트리아과학한림원, 존클라우저협회

정연욱 성균관대 교수는 “받을 사람들이 받았다. 얽힘이라는 게 양자역학 이론 안에서만 설명되는 것을 실제 세상에 존재할 수 있다는 걸 증명했다”라며 “양자컴퓨터, 양자통신을 하려면 얽힘이란 걸 물리적인 시스템에서 구현해야 하는데 실제로 얽힘이라는 게 있고 그 상태를 만들 수 있다는 걸 보여준 사람들이다”라고 평가했다.

조동현 고려대 교수는 동전 던지기로 양자 얽힘을 비유했다. 동전 2개를 던져 어떤 면이 나오는지 따지면 모두 4가지 경우가 가능하다. 먼저 던진 동전과 뒤에 던진 동전이 서로 독립적 사건이기 때문이다. 각각의 동전은 다른 동전에 영향을 미치지 않는다. 조 교수는 “양자역학은 동전 두 개가 얽혀 있는 것과 같다”고 말했다. 처음 던진 동전이 어느 면이면 다음 던지는 동전도 같은 면이 나온다는 식이다.

1964년 유럽입자물리연구소(CERN)의 존 벨 박사가 얽힘 현상을 설명하는 이른바 ‘벨 부등식’을 만들었다. 벨 부등식은 양자역학에 반대한 아인슈타인의 주장을 설명하기 위해 만든 것이다. 아스페 교수와 클라우저 클라우저 협회 창립자, 차일링거 교수는 이 부등식이 위배되는 것을 실험으로 입증해 결과적으로 양자역학이 맞는다는 것을 입증했다.

한상욱 한국과학기술연구원(KIST) 양자정보연구단장은 “벨 부등식이라는 수식을 실험으로 입증하지 못했다면 현실이 아니라 양자역학이라는 이론으로만 설명할 수 있다”며 “아스페와 클라우저가 초창기 벨이 제시한 부등식이 반복적으로 물리적 현상으로 보인다는 것을 증명했다”고 말했다.

아스페 교수와 클라우저 클라우저 협회 창립자가 벨 부등식을 통해 세상의 얽힘을 증명했다면 차일링거는 실험을 통해 이들의 증명을 고도화했다. 실제 지난 2017년 9월 중국 베이징 동북부 싱룽과 7600㎞가량 떨어진 오스트리아 빈 남쪽 그라츠를 잇는 대륙 간 양자암호통신에 성공을 주도한 인물이 차일링거와 그의 제자인 중국과학원(CAS) 중국과학기술대 판젠웨이 교수다. 한 단장은 “차일링거는 두 사람보다 이후지만 훨씬 많은 실험을 했다”고 말했다. 차일링거는 영국 물리학회에서 수여하는 1회 뉴턴 메달을 수상했고, ‘예비 노벨상’으로 알려진 울프상도 2010년에 받았다.

학계는 벨 부등식을 만든 벨이 살아있었다면 그가 노벨 물리학상을 수상했을 것이라고 입을 모았다. 정연욱 교수는 “얽힘이라는 설명하기 어려운 현상이 세상에 존재한다는 걸 알려줬고, 부등식을 만들었기 때문에 존 벨도 받았어야 했다”며 “양자기술 붐이 90년대 중반부터 불었고 당시 양자 기술이 폭발했는데 이 과정을 벨이 기여했다”라고 했다.

세 명의 수상자들은 상금 1000만크로나(약 13억원)를 3등분해 나눠 갖게 된다. 노벨상 시상식은 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19) 대유행 탓에 지난 2020년부터 지난해까지 온라인으로 대체됐지만 올해는 12월 10일 알프레드 노벨 기일에 맞춰 스웨덴 스톡홀름에서 정상적으로 열린다. 2020년과 지난해 수상자 역시 올해 시상식에 참여할 예정이다.

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