3인의 노벨 물리학상 과학자는 ‘양자 컴퓨터 혁명’ 기술 실현

[디지털비즈온 최유진 기자] 2022년 노벨 물리학상은 프랑스의 에콜 폴리테크니크의 앨런 아스페 교수, 미국의 칼포르니아 대학 버클리교 등에 적을 두고 있던 존 클라우저 박사, 오스트리아의 비엔나 대학의 안톤 자이링거 명예 교수의 3명이 수상했다.

양자역학으로 불리는 물리학의 이론의 발전에 공헌했다. 특히 차세대의 고속 계산기인 양자 컴퓨터 등 ‘양자 혁명’이라고 불리는 양자 기술의 실현에 길을 열은 공적이 평가되었다고 가디언이 전했다.

외신들은 그들의 독립적인 작업은 아원자 세계에서 행동을 지배하는 역설적인 규칙인 양자 역학의 기초를 탐구했다면서, 지난 50년 동안 수행된 실험에서 세 사람의 연구는 알버트 아인슈타인이 "원거리에서 으스스한 행동"이라고 명명한 양자 얽힘으로 알려진 현상에 초점을 맞췄다면서, 이번 연구는 양자 컴퓨팅, 안전한 정보 전달, 센싱 기술 분야에서 중요한 역할을 할 것으로 기대된다고 전했다.

양자역학(quantum mechanics, quantum physics, quantum theory)은 분자, 원자, 전자, 소립자 등 미시적인 계의 현상을 다루는 즉, 작은 크기를 갖는 계의 현상을 연구하는 물리학의 분야이다.

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. 양자 이론의 창시자 중 한 사람인 아인슈타인은 신은 우주를 가지고 주사위 놀이를 하지 않는다고 유명하게 말하면서 이를 거부했다.

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 앨런 아스페 교수가 존 클라우저 박사의 실험을 보완해 증명을 사실상 완성했으며, 이후 양자 컴퓨팅의 대가로 불리는 안톤 자이링거는 양자 얽힘을 실험적으로 증명해 낼 뿐 아니라 양자 얽힘을 실제 양자 통신 등에 응용할 수 있는 현상을 발견하게 된 것이다.

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.

멀리 떨어져 있는 입자 쌍 중 하나를 측정하면 다른 입자가 광년 떨어져 있더라도 측정 결과를 즉시 변경할 수 있다. 오늘날 물리학자들은 이 이상한 효과를 양자 얽힘(quantum entanglement)이라고 부르며, 이것은 양자 정보의 급성장하는 분야의 기초라고 했다.

노벨 물리학 위원회의 에바 올슨(Eva Olsson) 위원은 수상자가 화요일 발표되었을 때 양자 정보 과학이 암호화 및 양자 컴퓨팅과 같은 영역에서 광범위한 의미를 갖고 있다고 언급했다.

뉴욕에 있는 리먼 칼리지의 물리학 교수인 다니엘 카바트(Daniel Kabat)가 최근에 설명했듯이, “우리는 물체에 대한 정보(예: 유리가 반쯤 차 있다는 것)가 물체 안에 어떻게든 포함되어 있다고 생각하는 데 익숙합니다.” 대신, 그는 얽힘이란 물체가 "다른 물체와 관련해서만 존재하며, 더구나 이러한 관계는 유형의 물리적 우주 외부에 있는 파동 함수로 인코딩됨"을 의미한다고 말했다.

클라우저 박사는 AIP와의 인터뷰에서 “나는 지금도 여전히 양자역학을 이해하지 못한다는 사실을 고백하고, 양자역학을 그렇게 잘 사용할 줄도 잘 모르겠다. 그리고 이것은 내가 아직도 그것을 이해하지 못한다는 사실과 관련이 있습니다.”라고 밝혔다.