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양범정 연구팀, 세계 최초 고체 양자거리 측정법 찾아냈다

입력 2020-08-06 00:00

▲양범정 서울대학교 물리천문학부 교수(기초과학연구원 강상관계물질연구단)가 4일 오전 세종특별자치시 세종파이낸스센터 과기정통부 기자실에서고체의 '양자거리' 측정 방법을 세계 최초로 제시, 브리핑을 앞두고 발표화면 앞에서 질문을 받고 있다. (사진제공=과학기술정보통신부)
▲양범정 서울대학교 물리천문학부 교수(기초과학연구원 강상관계물질연구단)가 4일 오전 세종특별자치시 세종파이낸스센터 과기정통부 기자실에서고체의 '양자거리' 측정 방법을 세계 최초로 제시, 브리핑을 앞두고 발표화면 앞에서 질문을 받고 있다. (사진제공=과학기술정보통신부)

과학기술정보통신부는 기초과학연구원(IBS) 강상관계 물질 연구팀 양범정 교수가 측정이 불가능한 것으로 여겨졌던 고체의 ‘양자거리’를 측정하는 방법을 세계 최초로 제시했다고 6일 밝혔다.

지금까지는 고체 물질의 양자거리를 측정할 방법이 없었다.

이번 연구로 양자통신이나 양자컴퓨터 연산을 크게 향상시킬 수 있을 것이라 기대된다.

양자거리는 두 개의 양자상태를 비교하는 것이다.

목표했던 양자상태와 실제 양자상태의 차이를 확인하는 데 쓰인다.

양자컴퓨터의 성능은 신뢰도가 좌우하는 만큼, 목표와 실제 간 차이를 계산해 신뢰도를 높이는 데 적용할 수 있다.

양자통신과정이나 양자컴퓨터 연산과정에서 일어나는 양자정보 손실도 측정할 수 있을 것으로 기대된다.

기존 양자역학에서 고체 내의 전자는 파동으로 간주했다. 이 전자의 고유 파동을 ‘블로흐 파’라 한다. 정설은 블로흐 파의 구조를 기술하기 위해 곡률과 양자거리를 알아내야 한다는 것이었다. 곡률과 양자거리는 블로흐 파에 숨겨져 있어 직접적으로 관측하기 힘들다 여겨졌는데, 연구팀이 그 측정 방법을 찾아낸 것이다.

연구팀은 자기장에 주목했다. 고체 속 전자가 운동량에 상관 없이 일정한 에너지를 갖는 ‘평평한 에너지띠’ 상태에 자기장을 걸면 에너지 준위가 변한다는 것. 연구팀은 이 변화로부터 양자거리가 특정된다는 사실을 증명해냈다.

과학기술정보통신부와 기초과학연구원은 양범정 교수의 성과가 6일 자연과학분야 세계 최고 권위의 학술지 네이처(Nature)에 논문으로 게재됐다고 밝혔다.

임준원 책임연구원, 김규 한국원자력연구원 책임연구원과 IBS‧연구재단‧미 육군 연구소의 지원으로 이룬 성과다.

양 교수는 “순수 이론 분야에서 네이처에 논문을 게재하는 일은 세계적으로 매우 드물다”며 “나아가 양자정보 분야에 쓰일 새로운 재료를 찾는 데 기여할 것”이라고 말했다.

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