양자 기하학 측정 기술로 양자컴퓨터 신뢰도 향상 기대
서울대 양범정 교수, 연세대 김근수 교수 공동연구팀이 고체 물질 속 전자의 ‘양자거리’를 세계 최초로 측정하는 데 성공했다. 머리카락 굵기의 백만 분의 일 수준, 원자보다 작은 거리 단위를 수치로 정량화한 이 연구는 미국 과학저널 사이언스(Science) 6월 6일자에 게재되며 국제적 주목을 받고 있다.
양자거리는 양자상태 간 유사성을 나타내는 물리량으로, 양자컴퓨팅·센싱·신소재 분석 등에 활용되는 필수 지표다. 기존에는 이 값이 간접 측정에 의존했으나, 이번 연구는 흑린(black phosphorus) 물질 내 전자들의 위상차를 각분해광전자분광(ARPES) 기법으로 정밀 측정해 직접 값을 도출했다.
양범정 교수팀은 양자거리의 이론적 기반을 세우고, 김근수 교수팀은 방사광가속기를 활용해 실험적으로 이를 입증했다. 특히 전자 파동 간의 위상차가 양자거리의 핵심 변수라는 사실을 이용해, 편광된 빛으로 위상차에 따른 신호 차이를 포착해낸 방식은 향후 양자소자 테스트 표준화 기술로 응용 가능성을 제시한다.
이번 연구는 단순한 측정기술의 진보를 넘어, ‘양자 기하학(quantum geometry)’이라는 신흥 연구 분야의 기초 축을 완성한 성과로 평가된다. 향후 다양한 전자 구조를 가진 고체 물질로 확대 적용할 경우, 초전도·위그너 결정 등 고체물리학의 난제를 해결하는 핵심 열쇠가 될 수 있다.
김근수 교수는 “건축물이 정밀한 거리 측정 없이 세워질 수 없듯, 양자기술도 정밀한 양자거리 측정 없이는 정확하게 구현될 수 없다”며 “이 기술은 향후 양자컴퓨팅 오류 정정이나 양자센서의 성능 향상에 필수적인 기초 도구로 자리잡을 것”이라고 밝혔다.
이번 연구는 과학기술정보통신부의 기초연구사업 ‘리더연구’와 선도연구센터, 삼성미래기술육성재단의 지원을 받아 수행됐다.
양자거리란 무엇인가?
양자거리는 전자 등 입자들이 얼마나 유사한 상태에 있는지를 수치로 표현한 개념입니다. 0은 ‘완전히 같은 상태’, 1은 ‘완전히 다른 상태’를 뜻하며, 양자컴퓨터의 정확도 측정에 핵심 도구로 활용됩니다.
양자기하학은 왜 중요한가?
양자기하학은 입자들이 존재하는 공간에서의 관계, 구조, 곡률 등을 연구하는 분야로, 전자 회로의 설계도처럼 양자 물질의 동작 원리를 파악하는 열쇠로 쓰입니다.
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