“양자 시스템 거시화 성공”…노벨상, 양자컴퓨터 기반 다진 석학들 선정

양자역학의 탄생 100주년을 맞아, 손에 잡히는 초전도 회로에서 양자 현상을 입증한 3인의 석학이 올해 노벨물리학상 수상자가 됐다. 존 클라크(캘리포니아대 교수), 미셸 데보레(예일대·캘리포니아대 교수), 존 마티니스(캘리포니아대 교수)는 양자 역학이 미시 세계를 넘어 거시적 규모에서도 실현되는 원리를 실험적으로 증명했다. 수상자들이 이룬 성과는 양자컴퓨터·양자센서 등 차세대 첨단기술의 물리적 기반을 마련했다고 평가된다. 업계는 이번 선정이 ‘양자기술 상용화 경쟁’의 상징적 분기점이 될 것으로 보고 있다.

수상 연구진은 1980년대 초전도체를 활용한 전자 회로에서 ‘양자 터널링’과 ‘에너지 준위 양자화’ 현상을 직접 만들어냈다. ‘조셉슨 접합(Josephson junction)’이라는 특수 구조를 통해 시스템 내에 전류만 흐르고 전압은 없는 상태를 인위적으로 만들고, 이 상태에서 입자들이 장벽을 넘어가듯 터널링하는 양자 현상을 관측했다. 기존 물리학계 통념에 따르면, 양자효과는 극도로 작은 원자·분자 등 미시 세계에만 관측됐다. 하지만 이 실험을 통해 ‘손에 들 수 있는’ 크기에서도 순수 양자역학적 효과가 사라지지 않음을 보였다. 또, 임의의 에너지가 아닌 특정 에너지만 흡수·방출되는 양자화(quantization) 현상도 직접 측정해, 회로 전체가 거대한 하나의 양자계로 거동함을 세계 최초로 시연했다. 이는 기존 고전 물리와 양자 물리 간 경계를 실험적으로 해체한 셈이다.

이 연구로 양자 역학적 법칙이 기존의 트랜지스터처럼 실생활 IT 디바이스에도 이식 가능하다는 청사진이 현실이 됐다. 특히, 양자컴퓨터·초정밀 양자센서 등 차세대 기술에서 필수적인 ‘거시적 양자계 구현’ 기술의 시초라는 평가가 많다. 예컨대 구글·IBM 등 글로벌 ICT 대기업들은 이미 2010년대 이후 조셉슨 접합 기반 양자컴퓨터 실증 레이스에 돌입한 바 있다. 미국·유럽 양자기술 정책 역시 이 같은 기반 연구를 정책 근거로 삼아 네트워크·센서·보안 등 다양한 응용연구와 기업 투자로 확장하고 있다.

규제 측면에서 양자컴퓨터·양자센서 등은 아직 제도화 단계에 초기 진입 중이다. 데이터 보안, 암호화 해독 등 활용 시 윤리·안전성 논의가 병행된다. 유럽연합(EU)는 양자기술 표준과 인증 논의를 확대 중이며, 미국도 국가차원의 양자산업지원법을 추진하고 있다.

올레 에릭손 노벨물리학상위원회 의장은 “양자역학은 모든 디지털 혁신의 기초”라며 “올해 3인의 성과는 차세대 정보기술의 시대를 여는 기념비적 토대”라고 평가했다. 전문가들은 ‘2020년대 중반–2030년대 초’ 양자기술 상용화가 본격화될 가능성에 주목한다. 업계는 이번 노벨상 수상 연구가 실제 산업계의 표준화와 기술 확산을 촉진할지 예의주시하고 있다. 기술과 윤리, 산업과 제도 간 균형이 새로운 성장의 조건이 되고 있다.