노벨물리학상, 양자 암호 및 컴퓨터 기초 연구자 품에
유용하 기자
수정 2025-10-07 20:44
입력 2025-10-07 19:45
‘보이는 양자 역학’ 美·佛 연구자 3인
양자 과학 실용화의 문 열었다는 평가
올 물리학상, 캘리포니아대 싹쓸이
마르티니스, 23년 양자보고회 참석방한
노벨재단 제공
2024년 노벨 물리학상은 양자 터널링과 에너지 양자화를 연구한 미국과 프랑스의 양자 물리학자들에게 돌아갔다.
스웨덴 왕립과학아카데미 노벨 위원회는 7일(현지시간) 올해 노벨 물리학상 수상자로 존 클라크(83) 미국 버클리 캘리포니아대(UC버클리) 교수, 프랑스 국적의 마이클 데보레트(72) 예일대 교수 겸 UC산타바바라 교수, 존 마르티니스(67) UC산타바바라 교수를 선정했다고 밝혔다. 노벨 위원회는 “이들 세 명의 연구자는 전기 회로에서 거시적 양자 역학적 터널링과 에너지 양자화의 발견에 관한 공로가 인정돼 올해 수상자로 선정됐다”고 말했다. 지난해 노벨 물리학상은 인공지능 분야에 주어지면서 다소 파격이었지만, 양자역학 탄생 100주년을 맞은 올해는 정통 물리학자에게 상이 돌아갔다. 더군다나 최근 주목받는 양자 컴퓨터, 양자 암호, 양자 반도체 등 양자 기술의 실용 가능성도 커지고 있는 가운데 이번 수상은 더욱 의미가 있는 것으로 평가받는다.
현대 물리학에서 상대성 이론은 우주와 같은 거시 세계에서, 양자 역학은 눈에 보이지 않는 미시 세계를 잘 설명해주는 이론이라고 학창 시절에 배웠다. 현대 물리학에서 주요 질문 중 하나는 양자 역학 효과를 보여줄 수 있는 시스템의 최대 크기가 어느 정도인가 하는 것이다. 지금까지 눈에 보이지 않는 세상에서만 가능하다고 여겨져 왔던 양자 역학 원리를 올해 물리학상 수상자들은 손에 들 수 있을 만큼 충분히 큰 시스템인 전기 회로로 실험해 양자 터널링과 에너지 양자화 모두를 증명해냈다.
1984~1985년에 이번 수상자 3명은 전기 저항이 0인 물질인 ‘초전도체’로 만든 전자 회로를 이용해 실험했다. 이들은 두 개의 초전도체 사이에 나노미터 두께의 매우 얇은 절연체 막을 끼워 넣은 ‘조지프슨 접합’ 구조물을 만들었다. 조지프슨 접합은 양자 터널링이라는 특별한 현상 때문에 양자 컴퓨터에서 특히 핵심적 역할을 한다. 이들은 회로의 여러 특성을 정밀하게 설계하고 측정해 전류를 흘렸을 때 나타나는 현상을 정밀하게 살펴볼 수 있었다. 이들은 초전도체 안을 움직이는 많은 전하 입자가 마치 ‘회로 전체를 채운 하나의 거대한 입자’처럼 함께 움직이는 시스템을 만들었다.
이 거대 입자 같은 시스템은 처음에 전류는 흐르지만, 전압이 0인 상태에 갇혀 있게 된다. 그런데, 상태가 바뀌면 터널링을 통해 전압이 0인 상태에서 빠져나오게 된다. 양자 터널링은 고전 물리학 관점에서는 절대 일어날 수 없는 일로, 미시 세계의 입자가 에너지 장벽을 벽처럼 뚫고 지나가는 현상이다. 많은 수의 입자가 함께 움직일 때는 보통 양자 효과가 눈에 띄지 않게 되는데, 이번 수상자들은 눈으로 볼 수 있는 거시적 규모에서 전압 변화를 측정함으로써 관찰한 것이다. 동시에 이 시스템이 에너지를 아무 값이나 흡수, 방출하는 것이 아니라 특정한 정해진 양으로만 주고받는 ‘에너지의 양자화’도 관측에 성공했다.
스웨덴 왕립과학아카데미 제공
노벨 위원회는 “이번 수상으로 올해 100주년이 되는 양자역학 탄생을 기념할 수 있어 기쁘며, 한 세기가 지난 학문임에도 여전히 놀라움을 준다”며 “양자역학은 모든 디지털 기술의 토대이기 때문에 활용도가 많고, 올해 물리학상 수상자들의 연구는 양자 암호, 양자 컴퓨터, 양자 센서 같은 차세대 양자 기술을 발전시킬 수 있게 해준다”고 설명했다.
이번 노벨 생리의학상 수상자들은 1100만 스웨덴크로나(16억 5440만 원)를 3분의1씩 나눠 갖는다. 노벨 재단은 8일 오후 6시 45분(한국시간)에 화학상, 9일 노벨 문학상, 10일 노벨 평화상, 13일은 알프레트 노벨을 기념하는 스웨덴 국립은행 경제학상(노벨 경제학상) 수상자를 발표한다.
유용하 과학전문기자
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