노벨물리학상에 양자역학 원리 증명한 과학자 3명

알랭 아스페·존 에프 클라우저·안톤 차일링거 공동수상

2022년 노벨물리학상을 수상한 알랭 아스페 파리사클레대 교수(왼쪽부터)와 존 에프 클라우저 미국 버클리대 전 교수, 안톤 차일링거 오스트리아 빈대 교수. 노벨위원회 누리집 갈무리

2022년 노벨 물리학상은 양자역학의 근본 원리를 실험을 통해 증명한 프랑스와 미국, 오스트리아 과학자들에게 돌아갔다.

스웨덴 왕립과학원 노벨위원회는 4일(현지시각) 알랭 아스페(75) 파리사클레대 교수와 존 에프 클라우저(80) 미국 버클리대 전 교수, 안톤 차일링거(77) 오스트리아 빈대 교수 등 3명을 올해 노벨 물리학상 공동 수상자로 결정했다고 발표했다. 노벨위원회는 “이들 과학자는 얽힌 양자 상태를 사용해 두개의 입자가 분리돼 있어도 단일 단위처럼 행동하는 획기적인 실험을 수행했다. 이들의 연구 결과는 양자 정보를 기반으로 하는 새로운 기술의 길을 여는 데 기여했다”고 선정 이유를 밝혔다.

양자역학의 중요한 원리는 ‘중첩’과 ‘얽힘’으로, 중첩은 동전 앞뒷면이 계속 바뀌는 것에 비유할 수 있고, 얽힘은 두 동전이 아무리 멀리 떨어져 있어도 한쪽이 앞면인지 뒷면인지 결정되면 다른 동전이 앞면인지 뒷면인지는 자동으로 결정된다는 것이다. 아인슈타인은 이에 대해 “어떤 정보가 빛의 속도를 넘어 전달될 수 없다” “신은 주사위를 던지지 않았다”고 말하며 물리적으로 가능하지 않다고 부인했다. 이를 ‘아인슈타인-포돌스키-로즌 역설’(EPR 패러독스)이라 한다. 하지만 물리학자 스튜어트 벨(1928~1990년)은 ‘벨 부등식’이라는 수식을 제시해 이피아르 패러독스가 가능하다는 것을 이론으로 증명했다.

존 클라우저는 벨의 부등식을 증명하는 실험을 고안했으며, 알랭 아스페는 클라우저 실험의 허점을 보완했다. 안톤 차일링거는 정교한 도구와 여러 실험에서 얽힌 양자 상태를 사용해 양자 순간이동(퀀텀 텔레포테이션)이라는 현상을 시연했다. 여기서 순간이동은 공상과학영화의 실제 이동을 의미하는 것은 아니고, 정보의 이동을 말한다.

조동현 고려대 교수는 “양자 컴퓨터, 양자 통신 등 새로운 종류의 양자 기술이 중요해지고 있다. 클라우저 등은 양자역학의 원리가 세상에 존재한다는 것을 증명해 새로운 기술을 구현하는 바탕이 됐다”고 말했다.

정연욱 성균관대 교수는 “세 연구자는 원자와 레이저에서 얽힘 현상이 존재한다는 것을 구현한 사람들로, 이들의 노벨상 수상은 애초부터 예상돼왔던 일”이라고 말했다.

노벨위원회는 노벨상 상금 1천만크로나(약 13억원)가 세 사람에게 동등하게 3분의 1씩 돌아간다고 밝혔다.

이근영 기자 [e-mail]