머리카락 굵기 100만분의 1 수준의 미시 세계에서 ‘양자거리’를 측정하는 방법을 국내 연구진이 세계 최초로 개발했다. 양자 컴퓨팅, 양자 센싱 등 분야에서 양자 연산의 정확도를 끌어올리는 데 기여할 것으로 보인다.

5일 과학기술정보통신부(과기정통부)는 연세대학교 김근수 교수 연구팀이 고체 물질 속 전자의 양자거리 측정에 성공했다고 밝혔다. 양자거리는 원자만큼 작은 미시 세계에서 전자들 간의 양자역학적 유사성을 나타내는 물리량이다. 김근수 교수는 이날 연구성과 브리핑에서 “머리카락 100만분의 1 정도인 미시 세계에서 전자는 공간에 퍼져 있는 파동에 해당한다”면서 “그렇기 때문에 양자거리를 흔히 떠올리는 두 위치 사이 간격 개념으로 보기보다 전자들이 가진 양자역학적 유사도라고 이해해야 한다”고 말했다. “파동이 똑같이 생겼으면 양자 거리가 매우 작고, (파동이) 완전 다른 형태를 갖고 있다면 양자거리가 멀다고 표현하는 것”이라고 부연했다.

고체 물질 속 전자 간 양자거리는 물질의 기본 성질뿐 아니라 초전도와 같은 난해한 양자 현상과 밀접하게 관련돼 있다. 양자거리를 정확하게 측정할수록 양자 기술 활용의 정확도 역시 높아진다. 김 교수는 “현재 양자기술의 한 가지 한계라고 한다면 오류가 잦다는 것인데, 양자거리 측정 기술의 발전은 한계를 개선하는데 중요한 밑거름이 될 것”이라고 말했다. “기초 양자기술, 양자컴퓨팅, 양자센싱 등 폭넓은 활용이 가능할 것”이라고 덧붙였다. 

 
과기정통부 송완호 기초연구진흥과장은 “그동안 양자거리는 이론적 근사치를 기반으로 간접적으로 측정해 왔는데, 세계 최초로 근사 없이 직접적이고 완전하게 측정했다는 점에서 학문적 파급력이 크다”고 설명했다. 이번 연구는 세계 최고 권위 국제학술지 ‘사이언스’에 게재됐다. 

이번 연구는 양자거리 측정법을 이론 측면에서 연구해 온 서울대학교 양범정 교수 연구팀과 함께했다. 양 교수 연구팀은 미국 MIT와 협력해 양자거리를 근사적으로 측정한 결과를 네이처 피직스지(Nature Physics)에 게재하는 등 이론 연구 측면에서 전문성이 있었고, 김 교수 연구팀은 상대적으로 실험 분야에 강점이 있었다. 이론과 실험, 각각에 강점을 가진 두 연구팀이 만나 성과를 낸 것. 김 교수는 “국내 연구진이 특정 연구 분야를 국제적으로 선도하는 경우는 드문 편인데, 추격형(패스트 팔로워)이 아닌 선도형(퍼스트 무버) 연구 사례를 많이 만들어나가고자 한다”면서 “양자 기하(Geometry) 분야에서 연구를 선도해 나갈 것”이라고 말했다.