올해 노벨물리학상은 양자정보과학의 아버지 3인방 수상
알랭 아스페(프랑스)-존 클라우저(미국)-안톤 차일링거(오스트리아)
양자역학 이론 실험적 증명해 양자컴퓨터와 양자암호 기반 마련

2022년 노벨 물리학상은 양자정보과학을 연구해 양자 컴퓨터의 기반을 마련한 프랑스, 미국, 오스트리아 출신 과학자에게 돌아갔다.

밝혔다. 노벨위원회는 “이번 수상자들은 양자역학의 불완전성을 가정하는 ‘벨 부등식’을 확인할 수 있는 실험을 설계해 양자역학 이론을 재증명하고 양자얽힘을 밝혀냄으로써 양자정보과학을 개척했다”고 평가했다.

상대성 이론을 만든 아인슈타인은 확률론으로 과학을 설명하는 양자역학을 반대한 것으로 유명하다. 양자역학에서 아인슈타인이 가장 반대했던 개념은 두 입자가 시공간을 초월해 얽혀 있다는 개념인 ‘양자얽힘’이었다. 아인슈타인은 포돌스키, 로젠과 함께 물리적 실재에 대한 양자역학적 설명은 불완전하다는 내용의 ‘EPR 논문’을 발표했다.

이번에 수상한 세 명의 과학자는 EPR 논문에서 지적한 양자역학이 틀리지 않았다는 것 증명해냈다. 난해한 양자물리학의 기초에 대한 선구적 개념과 실험을 설계하고, 상상으로만 가능했던 양자컴퓨터를 현실화시킬 수 있음을 보여줬다. 이 때문에 많은 물리학자들은 이번 노벨 물리학상 수상에 이견을 보이지 않고 있다.

조동현 고려대 물리학과 교수는 “양자역학에서는 양자중첩과 얽힘이라는 독특한 상태가 있는데 이번에 수상한 3명은 광자를 이용해 정보를 교환된다는 것을 실험적으로 증명했다는 점을 노벨위원회에서 인정했다”고 설명했다.

지난해 영국물리학협회(IOP)에서 발간하는 학술지 ‘피직스 월드’는 120년간 노벨물리학상 수상 패턴을 분석해 수상자 예측 결과를 발표했다. 이때 유력한 후보로 양자 얽힘 현상을 실험적으로 검증한 이번 수상자 3명을 정확하게 꼽기도 했다.존 클라우저는 1969년 광자의 편광이라는 특성을 이용해 벨 부등식을 실제 실험으로 구현했고, 1972년 측정결과가 양자역학의 해석에 가깝다는 사실을 밝혔다. 1982년 아스페 교수는 정확도가 다소 떨어졌던 클라우저의 실험을 좀 더 정교한 실험으로 설계해 양자역학을 실험적으로 사실상 증명해 냈다.

또 차일링거 교수는 빛의 기본입자인 광자를 이용해 다수의 입자가 얽힐 수 있다는 것을 보여 양자 컴퓨터를 향한 진전을 이뤘다. 또 절대 깨지지 않는 양자암호의 기반이 될 수 있는 한 입자의 성질이 다른 입자로 옮겨가는 양자 순간이동 현상을 최초로 실험적으로 증명하기도 했다. 차일링거는 영국 물리학회에서 수여하는 1회 뉴턴 메달을 수상했고, ‘예비 노벨상’으로 알려진 울프상도 2010년에 받았다.

이번 물리학상 수상자들은 상금 1000만 스웨덴크로나(13억 70만원)를 3분의1씩 나눠 받는다.