"아인슈타인, 당신이 틀렸소"..양자얽힘 증명한 3인 노벨상

노벨물리학상 공동 수상

2022년 노벨물리학상은 빛을 통해 양자컴퓨터 작동에 필요한 핵심 현상인 '양자 얽힘'을 증명해낸 세 명의 과학자에게 돌아갔다.

스웨덴 왕립과학아카데미 노벨위원회는 4일(현지시간) 올해 노벨 물리학상 수상자로 알랭 아스페 프랑스 에콜폴리텍 교수(75·프랑스), 존 클라우저 J.F 클라우저 협회 창립자(80·미국), 안톤 자일링거 오스트리아 비엔나대 교수(77·오스트리아) 등 세 명을 선정했다고 밝혔다.

왕립아카데미는 "세 과학자는 처음으로 물리적인 시스템에서 얽힘이라는 상태가 존재한다는 사실을 실험적으로 증명해냈다"며 "그들의 연구 결과 양자 정보를 기반으로 하는 새로운 기술의 길이 열렸다"고 수상배경을 밝혔다. 양자 얽힘이란 두 개 입자가 강한 상관성을 가지면 아무리 멀리 떨어뜨려놔도 한쪽이 반응할 때 다른 한쪽도 실시간 반응하는 현상을 말한다.

왕립아카데미는 또 "형언하기 어려운 양자 역학의 효과는 현재 다양한 응용 기술로 활용되고 있다"며 "양자역학은 양자 컴퓨터와 양자네트워크, 양자 암호 통신 등 광범위한 연구 분야로 확장됐다"고 강조했다.

양자물리학자들은 양자얽힘은 거시 세계에서는 존재하기 어렵지만 광자(빛)과 같은 미시세계에서는 실제 일어나는 현상이라고 주장해왔다. 하지만 알베르트 아인슈타인을 대표하는 물리학자들은 '양자역학이 불완전하다'는 의미의 EPR 역설을 발표하는 등 양자얽힘을 부정했다.

이후 1960년대 아일랜드 물리학자인 존 벨은 아인슈타인의 주장이 옳다면 반드시 성립해야하는 공식인 '벨의 부등식'을 고안했고 존 클라우저 박사는 실험을 통해 이 식이 성립하지 않음을 증명했다. 즉 아인슈타인이 양자역학에 관련해서는 틀렸다는 사실을 확인한 셈이다. 이후 알랭 에스페 교수가 존 클라우저 박사의 실험을 보완해 증명을 사실상 완성했으며, 이후 양자 컴퓨팅의 대가로 불리는 안톤 차일링거는 양자 얽힘을 실험적으로 증명해 낼 뿐 아니라 양자 얽힘을 실제 양자 통신 등에 응용할 수 있는 현상을 발견해냈다. 그는 다입자 얽힘 상태를 만드는 실험 중에 한 입자의 상태를 다른 입자로 보내는, 순간 이동에 가까운 현상을 발견하기도 했다. 이러한 순간이동은 양자 컴퓨터의 '양자게이트'에 활용될 수 있다. 양자컴퓨터는 한 시스템의 양자상태를 다른 시스템의 양자상태에 기초해 바꾸는 양자게이트를 필요로 한다.

조동현 고려대 물리학과 교수는 "양자 얽힘에 대한 증명은 존 클라우저 박사가 처음 시작 후 알랭 아스페 교수가 완성했고, 안톤 자일링거 교수가 이 시스템을 이용해 어떻게 정보를 전송할수있는지까지 연구를 발전시켰다고 보면 된다"고 설명했다.

올해 노벨 물리학상 상금은 1000만 스웨덴 크로나(약 12억 7000만원)이다. 각 수상자가 1/3씩 나눠갖게 된다. 노벨물리학상은 1901년 노벨상이 제정된 후 올해까지 116차례 수여됐으며 총 222명의 수상자가 나왔다. 노벨위원회는 5일에는 화학상, 6일 문학상, 7일 평화상, 10일 경제학상 순으로 수상자를 발표한다. 올해 시상식은 알프레드 노벨의 기일인 12월 10일 스웨덴 스톡홀름 세르겔 광장 북쪽에 위치한 스톡홀름 콘서트홀에서 열린다. 노벨상 시상식은 지난 2020년과 2021년 코로나로 인해 지난 2년간 스톡홀롬에서 개최되지 못했다. 노벨재단은 올해 열릴 시상식에 2020년과 2021년 수상자들을 모두 초청할 계획이라고 밝혔다.

[이새봄 기자 / 정희영 기자]

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