[1일IT템]양자역학 난제 '상보성 원리' 국내 연구진이 검증했다

IBS 분자 분광학 및 동력학 연구단
'파동-입자' 한가지 장치서 동시 측정 어려워
연구팀, 얽힘 정도 조절해 관측하는 장비 개발
100년 전 ‘파동-입자 상보성 원리’ 실험 검증

윤태형 IBS 분자 분광학 및 동력학 연구단 연구위원(교신저자)

[파이낸셜뉴스]

조민행 IBS 분자 분광학 및 동력학 연구단장

"물질이 입자와 파동의 특징을 함께 갖고 있다"
1928년 덴마크의 물리학자 닐스 보어가 제안한 양자역학의 핵심 전제이자, 그동안 검증하지 못한 ‘상보성의 원리’다.

국내 연구진이 꼽혀온 파동-입자 정량적 상보성을 직접 개발한 관측장비로 검증해 약 100년 만에 양자역학의 난제를 해결하는 계기가 마련됐다.

기초과학연구원(IBS)은 분자 분광학 및 동력학 연구단 조민행 연구단장·윤태현 연구위원 연구팀이 양자 물체의 정량적 상보성을 실험적으로 검증했다고 19일 밝혔다.

상보성의 원리는 양자역학의 기본 틀이 됐지만, 입자와 파동의 배타적 특성 때문에 두가지 특성을 한가지 실험 장치에서 동시에 관찰하기 어려워 정성적 관계로만 이해됐다. 상보성 원리와 파동-입자의 이중성을 검증하려면 파동성과 입자성을 각각 측정할 수 있는 양자역학적 복합시스템이 필요하기 때문이다. 최근 양자컴퓨터 실현이 초읽기에 들어설 만큼 양자과학이 진보했지만, 양자역학과 관련해선 설명되지 않은 이같은 난제가 존재했다.

국내 연구팀은 양자 물체의 얽힘 정도를 조절할 수 있는 ‘얽힌 비선형 광자쌍 광원(ENBS)’을 개발했다.

실험을 통해 양자 물체의 파동성과 입자성을 상보적 관계의 틀 안에서 실험적으로 조절하는 것이 가능하다는 것을 밝혀냈다.

연구팀은 두 특성의 얽힘정도를 조절하는 방식으로 배타적 성질 모두를 하나의 장치로 측정 가능하다는 것을 확인했다.

이번 연구결과는 상보성의 원리의 제안 이후 약 100년 만에 파동-입자 상보성의 정량적 관계를 측정해냈다는 점에서 학술적 의미가 크다.

윤태현 연구위원은 “미지의 영역으로 남아있는 여러 양자역학적 난제를 해결할 실마리를 찾을 수 있을 것”이라고 말했다.

조민행 단장은 “1965년 노벨물리학상을 수상한 리차드 파인만은 ‘양자역학의 본질은 이중틈(double-slit) 실험의 이해에 있다’는 말을 남겼다”며 “앞으로 IBS 분자 분광학 및 동력학 연구단은 새롭게 제안한 양자 얽힘 장치를 이용하여 양자역학의 신비로운 특성들을 좀 더 깊게 연구할 예정”이라고 밝혔다.

이번 연구결과는 국제학술지 사이언스 어드밴시스(Science Advances) 온라인 판에 실렸다.

[e-mail] 이보미 기자

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