韓 연구진, '양자거리' 측정법 최초 개발

경제·산업 입력 2025-06-06 08:08:49 수정 2025-06-06 08:08:49 고원희 기자 0개

국제학술지 '사이언스' 발표

[서울경제TV=고원희 인턴기자] 원자보다 작은 미시 세계의 양자역학적 입자 상태를 비교하고 수치화하는 물리량인 '양자거리' 측정법을 국내 연구진이 최초로 개발했다.

양자의 상태를 정확히 예측함으로써 양자컴퓨터와 양자 센싱 등 양자기술의 정확도를 높이는 기초 기술로 활용될 수 있을 것으로 전망된다.

과학기술정보통신부는 연세대 김근수 교수 연구팀과 서울대 양범정 교수 연구팀이 공동으로 고체 물질 속 전자의 양자거리 측정에 성공한 연구결과를 6일 최고 권위 국제학술지 '사이언스'에 발표했다고 밝혔다.

양자거리는 원자보다 작은 미시 세계 입자 간 양자역학적 유사성을 수치로 나타낸 물리량이다. 물리학적 개념으로 통상 두 지점 사이의 간격을 뜻하는 거리 개념과는 다소 차이가 있다.

두 입자가 완전히 똑같은 양자 상태이면 양자거리가 0, 완전히 다르면 1이 되는데, 이 정보는 양자 컴퓨팅과 양자 센싱에서 양자연산의 정확도를 평가하고 상태 변화를 추적하는 데 필수적 요소다.

또 최근 고체물질 속 전자의 양자거리는 물질 기본 성질 표현 외에도 초전도와 같은 난해한 물리 현상과 연관이 있는 것으로 밝혀지는 등 중요성이 커지고 있다. 그 때문에 전 세계적으로 이를 정확히 측정하려는 시도가 이어졌지만, 지금까지 간접 측정 사례만 있을 뿐 직접 측정법은 만든 사례가 없었다.

이번 발견은 양자거리 측정법을 이론적으로 제시하는 등 이론을 발전시켜 온 양 교수팀과 인 원자가 2차원으로 구성된 구조가 단순한 물질인 흑린을 활용한 전자 상태 측정 기법을 확립해 온 김 교수팀의 협력으로 이뤄졌다. 우선 양 교수팀은 흑린의 단순한 조성과 대칭 구조 때문에 전자의 양자거리가 파동의 위상차에 의해 결정된다는 사실을 밝혀냈다.

이후 실험 그룹인 김 교수팀이 강한 빛을 쪼이는 방사광가속기와 빛을 물체에 쪼이면 나오는 광전자의 정보를 분석하는 각분해광전자분광을 활용해 전자 간 위상차에 따라 달라지는 검출 신호 세기를 측정해 양자거리를 추출하는 데 성공했다.

이를 이론적 예측과 비교했을 때 일치하는 것으로 나타나면서 양자거리 측정 방법을 최종 확립하게 됐다고 연구팀은 설명했다. 이번 연구는 양자 정보를 정밀하게 재는 방법을 제시하면서 다양한 양자산업에 응용될 것으로 기대받는다.

김 교수는 전날 세종 과기정통부 청사에서 열린 브리핑에서 "건축물을 안전하게 세우기 위해 정확한 거리 측정이 필수인 것처럼 오류 없이 정확히 동작하는 양자기술 개발에도 정확한 양자거리 측정이 꼭 필요하다"며 "이번 연구가 양자 컴퓨팅, 양자 센싱과 같은 다양한 양자 기술 전반에 기초 도구로 활용될 수 있을 것"이라고 말했다.

김 교수는 "이번 연구가 시사하는 중요한 점 중 하나는 고체 전자의 위상만 중요한 것이 아니라 그것에 또 대응되는 개념인 기하도 중요하다는 것을 밝힌 것"이라며 "물질의 근본 물성을 기하학적 성질로 구분하는 것은 고체물리학의 미개척 분야이기 때문에 앞으로 이런 분야 '퍼스트 무버' 연구에 도전해 나가는 것이 우리나라 물리학 연구에 굉장히 필요한 부분"이라고 강조했다. /highlight@sedaily.com

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