‘머리카락 굵기 백만분의 일’ 미시세계 양자거리...세계 최초 직접 측정 성공
||2025.06.06
머리카락 굵기의 백만분의 일, 원자보다 작은 미시세계 거리를 수치화해 측정할 수 있는 양자거리 측정 방법이 국내 연구진에 의해 개발됐다.
과학기술정보통신부는 김근수 연세대 교수 연구팀과 양범정 서울대 교수 연구팀이 세계 최초로 고체 물질 속 전자의 양자거리 측정에 성공했다고 밝혔다.
양자거리는 미시세계 입자 간 양자역학적 유사성을 수치로 나타내는 물리량이다. 두 입자가 완전히 같은 양자 상태일 때 최솟값인 0, 완전히 다르면 최댓값 1이 된다. 이는 양자 컴퓨팅과 양자 센싱 분야에서 양자 연산 정확도 평가와 상태 변화 추적을 위한 필수 정보로 활용된다.
최근에는 고체 물질 속 전자의 양자거리가 물질 기본 성질을 표현하는 것을 넘어 초전도와 같은 난해한 물리적 현상들과 밀접한 연관이 있다는 것도 밝혀지는 추세다. 이에 따라 양자거리 정확한 측정을 위한 연구가 활발하지만, 현재까지 고체 속 전자의 양자거리를 간접적으로 측정한 사례만 보고됐다.
연구팀은 고체 속 전자의 양자거리를 직접적이고 완전하게 측정하기 위해 구조가 비교적 단순한 물질인 흑린에 주목했다.
양범정 교수 연구팀은 흑린의 단순한 조성과 대칭 구조로 인해 전자의 양자거리가 위상차에 의해 결정된다는 사실을 밝혀냈다.
이후 실험그룹인 김근수 교수 연구팀은 각분해광전자분광 실험에서 편광된 빛을 이용하면 전자 간 위상차에 따라 검출 신호 세기가 달라진다는 점에 착안, 흑린 속 전자의 위상차를 정밀하게 측정하고 이를 통해 양자거리를 정밀하게 추출하는 데 성공했다.
김 교수와 양 교수는 “건축물을 안전하게 세우기 위해 정확한 거리 측정이 필수인 것처럼 오류 없이 정확하게 동작하는 양자 기술개발에도 정확한 양자거리 측정이 반드시 필요하다”며 “이번 연구성과는 양자 컴퓨팅, 양자 센싱 등 양자 기술 전반에 기초 도구로 활용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.
한편 이번 연구 성과는 세계 최고 권위 국제학술지 '사이언스(Science)'에 6일 게재됐다.
이인희 기자 leeih@etnews.com
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