[2022 노벨상] 세계 1위 중국 양자통신, 차이링거 수제자가 이끌어

中 판젠웨이 교수, 차일링거 직속 제자
베이징-빈 잇는 대륙간 양자통신 함께 성공시켜
佛 아스페 교수는 2006년 서울, 대전에서 강연
통역사들이 벨 부등식 위배를 '불평등성 위약'으로 번역

판 지안웨이 중국과기대 교수(왼쪽)과 안톤 차일링거 교수/ 오스트리아 빈 대학 제공

2022년 노벨 물리학상은 프랑스 알랭 아스페 파리 시클레대 교수(75) , 미국의 존 클라우저 존 클라우저 협회 창립자(80), 오스트리아의 안톤 차일링거 빈대 교수(77) 등 세 명의 과학자에게 돌아갔다. 세 사람은 상대성 이론을 만든 ‘아인슈타인’이 틀렸다는 것을 증명해 낸 과학자로 통한다.

고전역학에서는 에너지가 연속적인 양이지만 양자역학에서는 불연속적인 덩어리, 즉 양자(量子, Quantum)로 본다. 대표적인 것이 광자(빛)이다. 양자는 ‘얽힘’이라고 불리는 성질이 있는데, 이렇게 얽힌 상태에 있는 두 개의 양자는 아무리 떨어진 곳에 있어도 같은 행동을 한다.

이는 멀리 떨어진 곳에 정보가 순식간에 복사되는 ‘양자 텔레포테이션’이라는 개념으로까지 확장된다. 아인슈타인은 빛보다 빠른 게 없다고 봤는데, 양자물리학이 맞다면 정보는 빛의 속도보다 빨리 전달될 수 있다. 아인슈타인은 양자 물리학에 반대했다.

1964년 유럽입자물리연구소(CERN)의 존 스튜어트 벨 박사는 아인슈타인이 맞는지, 아니면 양자 역학이 맞는지 판별할 이른바 ‘벨의 부등식’을 제안했다. 아스페 교수와 클라우저 교수는 ‘벨의 부등식’에 위배되는 현상을 실험으로 확인해 아인슈타인의 주장이 틀렸다는 사실을 밝혀냈다.

차일링거 교수는 지난 1997년 양자정보의 얽힘을 이용해 원격전송 실험을 성공해 냈다. 그로부터 10여년 후인 중국은 2017년 양자통신 실험위성 ‘무쯔(墨子)호’를 이용해 베이징에서 오스트리아 빈까지 대륙간 이미지와 신호를 주고받는 데 성공했다. 이 프로젝트를 진두지휘한 사람이 판젠웨이(潘建伟) 중국과학기술대(USTC) 부총장인데, 판 교수는 차일링거 교수의 직속 제자다. 판 교수는 1997년 차일링거의 원격 전송 실험에도 참여했다.

중국 양자통신위성 묵자(墨子·무쯔)’ 상상도. 이 위성을 이용해 싱룽과 난산을 잇는 2600㎞ 거리의 두 도시 간 무선 양자암호통신에도 성공했다./Science

차일링거 교수는 지난 2019년 포춘과의 인터뷰에서 “양자 통신에 관해서는 중국이 미국보다 앞서 있다고 봐도 무방하다”라며 “더욱이 그 격차가 작지 않다”라고 말하기도 했다. 판 교수는 ‘중국 양자역학의 아버지’라고 불리는 인물로, 2016년 세계 최초로 양자통신위성을 쏘아 올린 데 이어 2017년 최장거리(7600㎞) 통신을 성공시켰다. KIST 양자정보연구단의 한상욱 단장은 판 교수에 대해 “어디에도 있지만 어디에도 없는 교수로 통한다”라고 설명했다.

양자역학과 관련된 수 많은 논문에 이름을 올리고 있지만, 실제로 얼굴을 마주하기에 너무나 힘든 사람이라는 뜻이다. 2020년 미국 양자물리학 학회에서 판 교수를 초청했지만 중국 정부 반대로 참석이 불발됐다고도 한다.

한 단장은 이번 수상에 대해 “세 사람은 원천기술이 양자기술이 맞는다는 것이 증명한 사람들”이라며 “양자기술이 양자산업으로 진화하려는 시기에, 양자물리학이 유망한 산업 분야로 인정받게 됐다는 뜻”이라고 말했다.

◇ 아스페 교수, 2006년 서울과 대전에서 강연

10여 년 전부터 세계적인 스타 물리학자였던 아스페 교수는 한국과 재미있는 인연이 있다. 아스페 교수는 지난 2006년 한불 수교 120주년을 맞아 방한해 서울과 대전에서 강연을 했다. 하지만 당시 주한프랑스대사관에서 만든 강연 포스터 소개된 그의 업적에는 ‘벨의 불평등성 위약’이라는 법률 용어가 등장했다.

통역사들이 ‘벨의 부등식 위배((violation of Bell’s inequality)’라는 물리학 용어를 알지 못해 마치 법률 인권 전문가로 착각해 번역한 것이다. 양자 얽힘(entanglement)도 복잡성이라고 완전히 다르게 소개했다. 그 결과 아스페 교수 강연은 법률이나 인권과 관련한 강연으로 소개가 됐다.

프랑스 출신 양자역학 분야 연구자 알랭 아스페가 3일(현지시간) 2022 노벨물리학상 수상자로 선정됐다. 노벨 왕립과학원 노벨 위원회는 아스페를 비롯한 미국의 존 F. 클라우저, 오스트리아의 안톤 차일링거 등 3명을 역대 116번째 노벨 물리학상 수상자로 발표했다. 사진은 2013년 10월 3일 덴마크 코펜하겐에서 찍힌 아스페의 모습.

양자암호통신은 광자 하나에 정보를 실어나르는 통신기술이다. 광자 하나에 1비트(bit) 정보를 보내는 데 이 신호를 딱 한 번만 해석할 수 있다. 신호가 무작위로 생성되기 때문에 보내는 사람과 받는 사람이 한 번 신호를 주고받는 방식을 정하면 다른 사람은 절대 열어볼 수 없다.

누군가 정보를 열어보면 신호가 깨지기 때문에 해킹 시도 자체가 불가능하다. 이런 이유로 송신자와 수신자 외에는 해석이나 해킹이 불가능해 ‘가장 안전한 미래의 통신기술’이라고 불린다.

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