한국인 과학자가 포함된 호주와 프랑스 공동연구팀이 양자역학의 최대 수수께끼 가운데 하나인 '슈뢰딩거의 고양이' 상태를 현실에서 구현하는 데 성공했다.
호주 퀸즐랜드대 양자컴퓨터기술센터 정현석(35) 박사는 과학저널 '네이처(온라인 16일자)'에서 프랑스 남파리대학 필립 그랜지어 교수팀과 함께 세계 최초로 진행하는 빛의 '슈뢰딩거 고양이 상태'를 만들어내는데 성공했다고 밝혔다.
이는 상대성이론과 함께 현대 물리학의 한 축인 양자역학의 근본적 원리에 보다 가까이 다가설 수 있는 연구 결과로 양자 암호, 양자 컴퓨터, 양자 공간이동 등 미래의 양자 정보 기술에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
슈뢰딩거의 고양이는 양자물리학의 창시자 중 하나인 오스트리아의 물리학자 슈뢰딩거가 양자상태를 설명하기 위해 고안한 사고실험(thought experiment)에서 유래한 용어다.
일반적 상식과 경험상 현실에 존재하는 고양이는 죽어있거나 살아있는 두 상태 중 하나일 수밖에 없지만 양자역학의 세계에서는 밀폐된 상자 안에 고양이가 있을 경우 그 고양이는 상자를 열어 확인하기 전까지는 살아있는 것도 아니고 죽어있는 것도 아닌, 두 가지가 중첩된 상태로 존재하는 것이 가능하다.
즉 슈뢰딩거의 고양이는 이처럼 어떤 물질이 밀폐된 상자 속의 고양이처럼 거시적으로 구별이 가능한 두 가지 상태의 양자적 중첩형태로 존재하는 것을 의미한다.
그러나 슈뢰딩거의 고양이처럼 거시적으로 구별 가능한 상태들의 양자 중첩은 만드는 것은 쉽지 않고 만들어낸다고 해도 주변 환경의 영향에 의해 바로 '죽어있는 상태'나 '살아있는 상태' 중 하나로 전이되기 때문에 구현이 어려운 것으로 알려져 왔다.
연구진은 먼저 광자들을 생성시킨 뒤 반거울로 생성된 광자 빔을 둘로 나누고 나누어진 빔의 한쪽에 특별한 광학적 측정을 가해 다른 한쪽에 슈뢰딩거 고양이 상태가 만들어지도록 했다.
연구진은 또 이 방법을 이용해 광학적 측정 장치들을 통해 거시적으로 뚜렷하게 구별이 가능한 두 상태의 중첩을 만들어내고 이를 측정하는 데에도 성공했다.
정 박사는 "지난 수년간의 연구를 통해 양자역학의 근본 문제와 양자 정보기술 적용 가능성에 있어서 빛의 슈뢰딩거 고양이 상태가 가지고 있는 특별한 유용성에 주목해 왔다"며 "이 연구에서 구현한 빛의 슈뢰딩거 고양이 상태는 양자정보처리에 활용될 수 있을 것"이라고 말했다.
이 연구의 이론적 틀을 제공한 정 박사는 서강대 물리학과에서 학.석사과정을 마친 뒤 영국 벨패스트 퀸즈대에서 물리학 박사 학위를 취득했으며 현재 호주 퀸즐랜드대 양자컴퓨터기술센터에서 연구원으로 재직중이다(연합뉴스).
