제목 출처 보도일자

양자컴퓨터 개발의 기초 닦은 공로 … 노벨 물리학상에 와인랜드·아로슈

중앙일보 2012년 10월 10일(수)

수퍼컴 137억년 돌려도 못 풀 문제양자컴퓨터로는 몇 분 만에 해결

와인랜드(左), 아로슈(右)

올해 노벨 물리학상은 빛 입자인 광자(光子) 등 양자(量子)를 인간의 손으로 조작하고 측정할 수 있는 기술을 개발

한 미국 표준기술연구소의 데이비드 와인랜드(David J Wineland·68) 박사와 프랑스 콜레주드프랑스(학술원)의 세르

주 아로슈(Serge Haroche·68) 교수에게 돌아갔다. 스웨덴 왕립 과학한림원 노벨물리학상위원회는 9일 “두 과학자

의 업적은 세계 표준시간을 만들고 있는 세슘 원자시계보다 100배 더 정확한 광(光)시계와 미래의 컴퓨터로 관심을

끌고 있는 양자컴퓨터를 개발하는 데 절대적인 역할을 하고 있다”며 이같이 밝혔다. 양자컴퓨터는 지금의 수퍼컴퓨

터로 우주의 나이인 137억 년 동안 돌려도 못 풀 문제를 단 몇 분 만에 끝낼 수 있을 것으로 기대하고 있다.

　두 과학자는 양자를 인간의 손으로 조작할 수 있는 획기적인 기반을 닦았다. 현재의 반도체는 전자 수십만 개가

‘0’이나 ‘1’ 중 하나를 저장할 수 있지만 이들은 전자 하나에 이론적으로는 무한대의 정보를 한꺼번에 저장할 수 있

다는 가능성을 실험적으로 보였다. 즉 양자가 중첩되는 현상을 알아낸 것이다. 이는 디지털컴퓨터로 치면 ‘0’과 ‘1’

이 서로 혼합돼 있는 상태로 그 양상은 무수히 많다. 두 과학자의 실험방법은 서로 달랐다. 와인랜드 박사는 이온을

가둬 놓고 레이저를 쪼여 주며 조작해 양자의 기본원리를 알아냈다. 양자가 똑바로 서 있거나 옆으로 누워 있는 등

다양한 형태를 관측하는 데 성공한 것이다. 아로슈 박사는 아주 정밀한 거울 사이에 빛을 가둬 놓고 그 사이에 원자

를 통과시키면서 ‘광자의 일생’을 측정했다. 고등과학원 김재완 교수는 “두 사람은 양자시대를 본격적으로 열었다는

평가를 받고 있다”고 말했다.

◆양자(quantum)=광자와 전자·원자·이온 등 양자현상을 나타내는 입자. 눈으로 볼 수 없는 원자세계에서 나타나는

양자현상은 시간과 에너지, 위치와 운동량을 동시에 측정할 수 없는 세계를 말한다.

제목 출처 보도일자

'죽었지만 살아있는 고양이' 증명한 두 남자, 노벨물리학상

조선일보 2012년 10월 10일(수)

[양자컴퓨터 가능성 제시한 佛 아로슈·美 와인랜드 수상]

'슈뢰딩거 고양이' 실험으로 구현 - 눈에 안 보이는 미시 세계에선

모든 입자가 파동성 가져… 하나가 동시에 여러곳에 존재

해킹 절대 불가능한 컴퓨터, 100배 정확한 시계 개발 가능

▲ 양자컴퓨터의 기본 원리를 제공한 이온덫(ion trap) 실험장치. /미국 조지아공대 제공

상자 속에 고양이가 있다. 고양이는 살아 있을까, 죽었을까. 과학자들은 우리 눈으로 볼 수 없는 미시(微視) 세계에

서는 고양이의 상태는 살아 있으면서도 죽었을 수 있다고 본다.

올해 노벨 물리학상은 미시 세계에서 일어나는 이와 같은 상태를 실제로 구현해 세계 문명을 획기적으로 바꿀 양자

컴퓨터의 가능성을 제시한 미국의 데이비드 와인랜드와 프랑스의 세르주 아로슈에게 돌아갔다.

'죽었으면서도 살아있는 기묘한 고양이'의 개념은 1933년 노벨 물리학상을 받은 슈뢰딩거가 제안했다. 과학자들은

미시 세계에서는 우리가 아는 고전 물리학이 아니라 양자역학(量子力學)이 적용된다고 본다. 양자역학은 '미시 세계

에서는 모든 입자(粒子)가 파동성(波動性)을 갖고 있고, 입자가 한 시점에 한 위치에만 있는 게 아니라 일정한 운동

공간 내에 퍼져 있으므로 하나가 동시에 여기도 있고 저기도 있을 수 있다'고 본다.

미국 표준연구소의 와인랜드와 프랑스 에콜 노르말(고등사범대학)의 아로슈는 1980년대 중반 전기를 띤 이온이나

광자(光子·빛 알갱이)로 슈뢰딩거의 고양이를 실제로 구현했다.

와인랜드는 베릴륨 원자에서 전자 하나를 떼어내 (+)전기의 이온으로 만들었다. 여기에 레이저를 가해 에너지가 바

닥 상태도 아니고 들뜬 상태도 아닌, 중첩된 상태를 만들었다.

아로슈는 이와 달리 광자를 한 곳에 가둬놓고 도넛 모양의 원자를 집어넣어 광자의 상태에 변화를 줬다. 박사과정에

서 아로슈의 제자였던 제원호 서울대 교수는 "광자와 원자 사이에 중첩 상태가 발생한 것"이라고 말했다. 이들의 실

험 장치는 두 가지 상태가 중첩된 이온을 가뒀다고 해서 '이온 덫'이라고 한다.

▲ 세르주 아로슈(사진 왼쪽), 데이비드 와인랜드.

이들의 연구는 곧 양자컴퓨터의 가능성을 제시한 것으로 평가된다. 우리가 쓰는 컴퓨터는 전자가 없고 있음을 0 또

는 1, 즉 1비트로 표현한다. 이에 비해 양자컴퓨터의 비트는 0 상태와 1 상태가 중첩된 '큐비트(qbit)'로 불린다. 따

라서 일반 컴퓨터는 2비트이면 00, 01, 10, 11 등 네 가지 중 하나가 되지만, 2큐비트는 네 가지가 동시에 다 가능

하다. 김재완 고등과학원 교수는 "큐비트 300개가 있으면 2의 300제곱이라는, 우주의 모든 원자 수보다 많은 상태

가 가능하다"고 말했다. 현재 컴퓨터로 더 복잡한 계산을 더 빨리 하려면 컴퓨터를 병렬로 연결하는데, 양자컴퓨터

는 그렇게 하면 2의 '컴퓨터 수' 제곱으로 컴퓨터 능력이 늘어난다.

노벨상을 발표한 스웨덴 왕립과학원은 "이번 세기에 양자컴퓨터가 현실화되면 지난 세기 디지털 컴퓨터가 일상생활

을 바꾼 것처럼 획기적으로 우리 삶을 바꿀 것"이라고 밝혔다.

양자컴퓨터는 현재 연구 단계다. 실용화 가능성이 큰 분야는 양자 암호다. 암호를 양자 상태로 보내면 누가 엿보는

순간 다른 상태로 변해 해킹이 원천적으로 불가능하다. 과학자들은 양자 암호를 수백㎞까지 전송하는 데 성공한 상

태다. SK텔레콤은 올 노벨 물리학상 수상자들의 이온 덫 개념을 이용한 양자 암호 중계기를 개발 중이다.

두 교수의 연구는 지금보다 100배나 정확한 시계의 가능성도 열었다. 원래 시간은 지구의 공전 속도를 기준으로 했

다가 1967년부터는 세슘 원자가 91억9263만1770번 진동하는 시간을 1초로 정의했다. 세슘 원자 시계는 30만년에

1초밖에 틀리지 않는다. 노벨 재단은 "두 수상자의 연구를 원자 시계에 적용하면 137억년 전 빅뱅(Big Bang)으로

우주가 탄생한 이후 지금까지 생기는 오차가 단 5초뿐인 '양자 시계'를 만들 수 있을 것"이라고 기대했다.

시상식은 오는 12월 10일 스웨덴 스톡홀름에서 열린다. 상금은 2001년 이후 지난해까지 1000만크로네(약 17억원)

였으나, 금융 위기 때문에 올해에는 800만크로네(약 13억원)로 줄었다. 두 사람은 이를 나눠 갖는다.

제목 출처 보도일자

노벨 물리학상에 아로슈·와인랜드 “양자물리학 획기적 실험방법 고안”

한겨례 2012년 10월 9일(화)

세르주 아로슈(왼쪽), 데이비드 와인랜드.

올해 노벨 물리학상 수상자로 프랑스의 세르주 아로슈 콜레주 드 프랑스 교수와 미국의 데이비드 와인랜드 미국표

준과학기술연구원(NIST) 책임연구원이 공동으로 선정됐다. 이들은 빛의 입자인 광자와 이온의 상호작용을 직접 관

찰하는 획기적인 실험 방법을 개발해 이를 측정한 공로를 인정받았다.

스웨덴 왕립과학한림원은 9일(현지시각) “수상자들은 양자 시스템을 파괴하지 않고도 이를 측정하고 조작할 수 있는

획기적인 실험 방법을 고안해냈다”며 “이로 인해 양자 물리학에 기초한 새로운 양자컴퓨터 개발의 첫발을 내디딜

수 있게 됐다”고 수상 이유를 밝혔다. 과학한림원은 “이들의 실험 방법은 또 10의 15제곱분의 1초까지 측정할 수

있는 현재의 세슘원자시계보다 100배 더 정밀한 ‘광시계’를 개발할 수 있는 기초를 닦았다는 평가를 받고 있다”고

밝혔다.

양자현상은 원자 크기의 미시세계에서 일어나는 물리현상을 일컫는 것으로, 미시세계에서는 우리가 눈으로 보는 물

질세계와 달리 이온이나 광자 등의 세기(운동량)와 위치 또는 시간과 에너지를 동시에 측정할 수 없다. 또 양자 상

태에서는 이온이나 광자의 상태가 중첩되는 현상이 나타난다. 연구팀은 이온을 절대영도(섭씨 영하 274도) 가까이

냉각시키고 양쪽에 거울을 붙여 만든 덫을 이용해 광자의 탄생과 일생, 소멸 과정을 실시간으로 관찰해냈다.

올해 68살의 동갑내기 물리학자인 이들은 빛과 물질의 상호작용을 다루는 양자광학 분야의 권위자로 알려져 있다.

아로슈 교수는 이날 수상 소식을 듣고 “믿기 어렵다. 나 자신을 그저 후보자 중 하나로 생각했다”며 “상을 받을 만

한 사람들이 많다”고 소감을 밝혔다.

아로슈 교수가 미국 예일대에 교환교수로 있을 때 박사학위를 받은 제원호 서울대 물리·천문학부 교수는 “와인랜드

연구원은 이온을 포획해놓고 광자를 보내어 측정하는 방법을 쓴 반면 아로슈 교수는 광자를 양쪽의 거울로 막은 덫

속에 가둬놓고 원자를 보내어 관찰하는 방법을 썼다”고 설명했다. 김재완 고등과학원 교수는 “지금의 디지털 방식

슈퍼컴퓨터는 100비트(디지털컴퓨터의 기본단위)가 늘어나면 용량이 100배 되지만 양자컴퓨터는 용량이 300큐비트

(양자컴퓨터의 기본단위) 늘어나면 우주의 모든 원자 개수보다 많은 2의 300제곱으로 용량이 늘어난다”고 말했다.

시상식은 노벨상 창시자 알프레드 노벨의 기일인 오는 12월10일 스웨덴 스톡홀름에서 열린다. 부문별 수상자들에게

주어지는 상금은 2001년 이후 지난해까지 1000만크로네(약 17억원)였으나, 금융위기 때문에 올해에는 800만크로네

(13억여원)로 줄었다.

제목 출처 보도일자

올 노벨 물리학상에 프랑스 아로슈·미국 와인랜드

경향신문 2012년 10월 9일(화)

2012년 노벨물리학상 수상자로 양자물리학에서 새로운 실험 기법을 개발한 프랑스 ‘콜레주 드 프랑스’의 세르주 아

로슈 교수(68)와 미국 국립표준기술연구소의 데이비드 와인랜드(68)가 공동 선정됐다. 올해 과학분야 최대 이슈였던

힉스 입자 관련 연구자들은 수상하지 못했다.

스웨덴 왕립과학원 노벨위원회는 9일 두 연구자가 개별 양자 미립자를 파괴하지 않고 직접 관찰하는 방법을 시연해

양자 물리학 실험의 신기원을 연 공로를 인정해 수상자로 선정했다고 AP통신이 보도했다. 노벨위원회는 이들이 “개

별 양자계의 측정 및 조작을 가능하게 하는 획기적 실험 기법을 개발했다”며 “이들의 발견은 양자 물리학에 기반을

둔 새로운 초고속 컴퓨터 개발의 첫걸음이었다”고 밝혔다. 또 이들의 연구가 현재 세슘시계에 비해 100배 이상 정

확한 광시계의 개발도 이끌었다며 “새로운 시간 표준의 토대가 될 것”이라고 덧붙였다.

▲ 양자 물리학 새 지평…세슘시계보다 100배 정확한 시계 개발 도움

올해 과학분야 최대 이슈였던 ‘힉스 입자’ 연구자들은 수상 못해

아로슈와 와인랜드는 두 물체가 떨어져 있어도 하나의 물체에 영향을 주는 인자가 다른 물체에 영향을 준다는 ‘양자

얽힘’을 전공했다. 이들은 원자의 겹침 현상을 실험으로 관찰해냈다. 와인랜드는 아주 작은 틈을 둔 거울 사이에 원

자를 가두고 빛을 쏴서 어떻게 겹치는지 관찰했다. 아로슈는 반대로 거울 사이에 빛을 가두고 원자를 지나가게 해

어떤 영향을 받는지 관찰했다.

서울대 물리학과 제원호 교수는 “두 연구자는 실험을 통해 빛의 영향으로 원자가 어떻게 중첩을 일으키는지를 확인

해 이론적으로만 존재하던 원자의 중첩현상을 실험으로 관측해냈다”고 의미를 설명했다. 고등과학원 김제완 교수는

“원자의 중첩현상은 슈퍼컴퓨터를 만드는 데 응용 가능하다”며 “지금의 디지털 컴퓨터는 0과 1만 사용해 정보를 전

달하지만 양자 컴퓨터는 원자가 중첩되는 수많은 방식을 모두 활용할 수 있다”고 말했다. 이어 “0과 1이 중첩되는

큐비트라는 정보 저장방식으로 디지털 컴퓨터에서 100개 저장할 것을 2의 100승개 저장할 수 있는 셈”이라고 밝혔

다. 양자 컴퓨터는 기후변화 모델링, 암호해독처럼 엄청난 양의 자료를 고속으로 처리해야 하는 작업에 유용하게 쓰

일 수 있다.

수상 소식을 접한 아로슈는 “실감이 나지 않는다”며 “집에서 샴페인 한 잔을 마신 뒤 연구실로 갈 것”이라고 말했

다. 모로코 태생의 아로슈는 파리 제6대학에서 박사 학위를 받고 현재 파리의 고등교육연구기관 콜레주 드 프랑스

교수로 재직 중이다. 와인랜드는 “아내와 잠을 자다 전화를 받고 수상 소식을 알았다”며 “놀라운 일”이라는 소감을

밝혔다. 미국 출신 와인랜드는 하버드대에서 박사 학위를 땄으며, 국립표준기술연구소 연구원으로 일하고 있다.

제목 출처 보도일자

양자계 측정·조작 업적에 노벨물리학상

연합뉴스 2012년 10월 9일(화)

<그래픽> '양자물리 新기법' 2012 노벨물리학상 개요 (서울=연합뉴스) 김토일 기자 = 올해 노벨 물리학상은 양자

물리학에서 획기적인 실험 기법을 개발한 프랑스의 세르주 아로슈(68)와 미국의 데이비드 와인랜드(68)에게 돌아갔

다. kmtoil@yna.co.kr @yonhap_graphics(트위터)

미국 와인랜드 '초정밀 광시계'·'양자 컴퓨팅'

프랑스 아로슈 '광자 덫'…두사람 모두 양자광학 연구

(서울=연합뉴스) 임화섭 기자 = 2012년 노벨 물리학상을 공동 수상한 세르쥬 아로슈(Serge Haroche·68) 교수와

데이비드 와인랜드(Wineland·68) 박사는 양자역학적 시스템을 실험적으로 측정하고 조작하는 연구에 평생을 바쳤다

는 공통점이 있다.

스웨덴 왕립과학원 노벨위원회는 9일 수상자 발표에서 "개별 양자계(individual quantum systems)의 측정 및 조작

을 가능하게 하는 획기적 실험 기법을 개발했다"고 이들의 업적을 소개했다.

이 두 사람의 연구 방향은 원자(혹은 이온)-광자(빛의 입자)로 이뤄진 매우 단순한 양자역학적 시스템을 측정하고

조작한다는 면에서는 똑같다.

넓은 의미에서 양자 광학(quantum optics)이라고 불리는 분야의 연구라고 볼 수 있다.

그러나 연구 대상으로 삼은 시스템이나 측정 방식은 서로 반대 방향에서 접근한 것이라는 점이 흥미롭다.

와인랜드 박사는 이온(혹은 원자)을 가둬 놓은 상태에서 빛(레이저)을 이용해 측정·조작을 했고, 아로슈 교수는 초정

밀 거울을 이용해 빛 입자 하나를 '덫'에 가둬 놓은 상태에서 원자를 이용해 측정·조작을 했기 때문이다.

미국 상무부 산하 국립표준기술연구원(NIST)에 재직중인 데이비드 와인랜드 박사는 미국 콜로라도 볼더에 있는

NIST 물리학 연구소에서 37년간 꾸준히 양자 광학 분야를 연구한 대가다.

그는 레이저를 이용해 절대 영도에 가까운 초저온으로 이온을 냉각하는 기술을 집중적으로 연구했으며, 그가 속한

연구 그룹은 2001년 이 기술을 이용해 '세계에서 가장 정밀한 시계'를 만들기도 했다.

레이저를 이용해 수은 이온 단 하나를 초저온으로 냉각시키고 가두어 둔 후 이를 갖고 지금까지 인간이 할 수 있었

던 가장 정밀한 시간 측정을 한 것이다.

그는 또 이 레이저를 이용한 이온 냉각 기술을 이용해 '양자 컴퓨팅'(quantum computing), 즉 양자역학적 현상을

이용해 데이터를 처리하는 계산 기술을 연구하는 분야를 창시한 인물 중 하나로 꼽힌다. 이 분야는 암호 해독 기법

연구 등 여러 다른 분야에 응용되고 있다.

와인랜드 박사의 레이저 기반 이온 냉각 기법을 기반으로 해 중성 원자 냉각 포착법을 개발한 미국의 스티븐 추, 윌

리엄 필립스와 프랑스의 클로드 코엔-타누지는 1997년 노벨상을 이미 받았다.

<그래픽> 역대 노벨 물리학상 수상자 (서울=연합뉴스) 김토이 기자 = 올해 노벨 물리학상은 양자 물리학에서 혁신

적인 실험 기법을 개발한 프랑스의 세르주 아로슈와 미국의 데이비드 와인랜드에게 돌아갔다. kmtoil@yna.co.kr

@yonhap_graphics(트위터)

콜레쥬 드 프랑스(College de France)와 프랑스 파리 고등사범학교(ENS)에 재직중인 아로슈 교수는 빛의 입자, 즉

광자 하나를 가두어 두고 조작하고 측정하는 연구를 했다.

아로슈 교수는 단일 광자를 덫에 가두기 위해 매우 정밀도가 높은 거울을 만들어 빛이 빠져나가지 못하도록 하는

방법을 개발했다.

여기에는 초전도(superconducting) 기술과 초저온 냉각 기술이 쓰였다.

이런 방식으로 '덫에 갇힌 단일 광자(single photon in a trap)'를 만든 후 이 광자의 상태를 연구하는 데는 원자가

사용됐다. 원자 중에서도 그 속의 전자 중 일부가 매우 에너지가 높은 들뜬 상태(excited state)로 돼 있는 '리드베

리 원자(Rydberg atom)'를 이용해 이 원자와 광자가 어떻게 상호작용하는지 살핀 것이다.

제원호 서울대 물리천문학부 교수는 "원자 하나와 광자 하나, 혹은 이온 하나와 광자 하나로 이뤄진 매우 간단한 물

리계에 관한 실험을 제어할 수 있는 장치를 개발하고 현상을 해석했다는 점에서 아로슈 교수와 와인버그 박사의 업

적이 중요하다"고 설명했다.

아로슈 교수가 미국 예일대에 있을 당시 박사학위 논문을 썼던 제 교수는 "여러 입자가 모여 있는 상태에서는 아무

래도 여러 단계를 거쳐 관측과 해석이 이뤄질 수밖에 없지만, 간단한 시스템에 대해서는 양자역학의 기본 원리들을

직접적이고 확실한 방식으로 증명하고 해석할 수 있다"고 강조했다.

김재완 고등과학원 교수는 "가장 단순한 양자계(quantum system)를 측정하고 조작한다는 점에서 와인랜드 박사와

아로슈 교수의 연구는 공통점이 있지만, 와인랜드 박사는 이온을 가둬 놓고 빛으로 측정과 조작을 했고 아로슈 교수

는 반대로 빛을 가둬 놓고 원자로 측정과 조작을 한 것"이라고 설명했다.

solatido@yna.co.kr

제목 출처 보도일자

노벨물리학상에 美 와인랜드·佛 아로슈 양자컴퓨터 기본원리 실험적으로 증명

아이뉴스24 2012년 10월 9일(화)

[박계현기자] 노벨위원회는 9일 노벨 물리학상 수상자로 미국의 데이비드 와인랜드 미국국립표준기술연구소(NIST)

박사와 프랑스의 세르지 아로슈 콜레주드프랑스 양자물리학 학장을 공동 선정했다고 발표했다.

와인랜드 박사와 아로슈 교수는 양자역학의 가장 기본적인 원리인 중첩상태를 증명한 공로를 인정받았다. 두 사람은

서로 다른 양자계 사이에 상호연관성을 실험적으로 증명했다.

와인랜드는 전기를 띤 이온, 원자를 레이저광을 통해 전달받을 수 있는 방법을 개발했고, 이 방법은 아주 정확한 원

자시계나 이온 양자 컴퓨터를 만드는 기초가 됐다.

아로슈 교수는 와인랜드 박사와는 전혀 다른 방향의 연구로, 와인랜드가 이온을 가둬놓고 빛을 측정하는 방법을 택

했다면, 와인랜드는 아주 정밀도가 높은 거울로 빛을 가둬놓고 공동 사이에 있는 빛의 상태를 관찰하는 방법을 개발

했다.

이 두 가지 방법이 현대물리학이 주목하고 있는 양자컴퓨터를 만드는 기본적인 방법 중 하나가 됐다.

제원호 서울대 물리학과 교수는 "원자시계는 와인랜드 교수의 업적에 가깝고, 양자계산은 하로쉬 교수의 업적에 가

깝다"며 "양자역학의 형태를 연구하는데 있어서 원자 하나와 광자 하나, 이온 하나와 광자 하나, 굉장히 간단한 물

리 시스템으로 양자역학의 가장 기본적인 원인들을 증명하고 실험적으로 구현한 것"이라고 설명했다.

양자역학의 기본 원리는 0과 1 사이에 다양한 중첩상태가 존재한다는 것이며, 와인랜드와 아로슈의 실험은 중첩 상

태에 있는 원자를 빛을 통해 측정하고 조작할 수 있다는 것을 증명한 것이다.

두 사람의 연구는 가장 기본적인 양자시스템을 증명하고 조작해, 이후 양자역학이 다양하게 활용될 수 있는 길을 열

었다.

제원호 교수는 "액체 상태, 고체 상태 등 원자들이 모여있는 상태에서 실험을 할 경우, 기본적인 양자역학의 원리에

대해 설명하기 위해 여러 단계를 거쳐야 하지만 간단한 양자계를 실험적으로 증명할 경우 해석에 있어서 모호하거

나 애매한 상황이 없고, 직접적이고 확실하다"고 설명했다.

두 사람의 연구가 응용된 대표적인 분야인 양자 컴퓨터는 퀀텀 비트(Q비트)를 다룬다. 반면, 일반적으로 사용되는

슈퍼컴퓨터는 0과 1을 통해 계산하는 디지털방식이 사용된다.

김제완 고등과학원 교수는 "디지털 방식인 슈퍼컴퓨터의 대수가 10대, 100대 늘어난다면, 계산공간이나 속도 또한

기껏해야 10배, 100배 늘어난다"며 "와인랜드, 아로슈의 이론을 응용한 양자컴퓨터는 0과 1 사이에 이론적으로 수

많은 중첩상태가 존재하는 Q비트로 계산되며, Q비트는 증가할 경우 2의 N승 단위로 정보량이 늘어난다"고 설명했

다.

아로슈 교수와 와인랜드 박사는 두 개의 Q비트로 실험했으며, 현재 양자컴퓨터는 10개의 Q비트, 2의 10승 정도의

정보량을 처리할 수 있는 수준으로 개발됐다. 아직 디지털 컴퓨터보다 훨씬 나은 양자 컴퓨터를 만들 수 있는 상황

은 아니다.

김제완 고등과학원 교수는 "Q비트 10개면 수백 비트 정도의 계산기에 불과하지만, Q비트가 300개가 된다고 하면

10의 18승 개 정도를 넘어간다"며 "300개의 Q비트를 쓰면 2의 300승 값을 계산할 수 있으며, 이는 우주의 모든

원자 개수보다 더 많은 양"이라고 설명했다.

국내에서도 와인랜드 박사와 아로슈 교수의 이론을 응용한 광시계가 개발되고 있다.

권택용 표준연구원 시간센터 센터장은 "원자시계는 크게 이온을 이용하는 형식과 세슘 원자를 이용하는 형식, 두 가

지 개발방식이 있는데 현재 표준연구원에선 세슘 원자를 이용하고 있다"며 "아로슈 교수의 연구는 원자시계를 개발

하는 과정에서 이온을 냉각해 정확한 시계를 제작하는데 이용되고 있다"고 설명했다.

원자시계는 1초라는 시간단위의 표준을 만들어내는 시계로 시간 단위 뿐 아니라 다른 분자의 표준 등 기초과학 분

야에서 정확한 표준을 만들어내는 역할을 한다.

노벨상은 1901년 이후 매년 시상하며 생리의학상·물리학상·화학상·문학상·평화상·경제학상 등 6개 분야로 나뉘어 수

상자를 선정한다.

노벨위원회는 2천명의 피추천인을 대상으로 매년 추천을 받으며, 추천인은 한 사람당 3명의 학자를 추천할 수 있다.

시상식은 매년 12월10일 스웨덴 스톡홀름에서 열리며, 각 분야 당 800만 스웨덴 크로나(미화 약 120만 달러)의 상

금이 지급된다.

제목 출처 보도일자

양자역학 시스템 측정실험에 노벨물리학상 세계일보 2012년 10월 10일(수)

2012년 노벨 물리학상을 공동 수상한 세르쥬 아로슈(Serge Haroche·68) 교수와 데이비드 와인랜드(Wineland·68)

박사는 양자역학적 시스템을 실험적으로 측정하고 조작하는 연구에 평생을 바쳤다는 공통점이 있다.

스웨덴 왕립과학원 노벨위원회는 9일 수상자 발표에서 "개별 양자계(individual quantum systems)의 측정 및 조작

을 가능하게 하는 획기적 실험 기법을 개발했다"고 이들의 업적을 소개했다고 연합뉴스는 전했다.

이 두 사람의 연구 방향은 원자(혹은 이온)-광자(빛의 입자)로 이뤄진 매우 단순한 양자역학적 시스템을 측정하고

조작한다는 면에서는 똑같다.

넓은 의미에서 양자 광학(quantum optics)이라고 불리는 분야의 연구라고 볼 수 있다.

그러나 연구 대상으로 삼은 시스템이나 측정 방식은 서로 반대 방향에서 접근한 것이라는 점이 흥미롭다.

와인랜드 박사는 이온(혹은 원자)을 가둬 놓은 상태에서 빛(레이저)을 이용해 측정·조작을 했고, 아로슈 교수는 초정

밀 거울을 이용해 빛 입자 하나를 '덫'에 가둬 놓은 상태에서 원자를 이용해 측정·조작을 했기 때문이다.

미국 상무부 산하 국립표준기술연구원(NIST)에 재직중인 데이비드 와인랜드 박사는 미국 콜로라도 볼더에 있는

NIST 물리학 연구소에서 37년간 꾸준히 양자 광학 분야를 연구한 대가다.

그는 레이저를 이용해 절대 영도에 가까운 초저온으로 이온을 냉각하는 기술을 집중적으로 연구했으며, 그가 속한

연구 그룹은 2001년 이 기술을 이용해 '세계에서 가장 정밀한 시계'를 만들기도 했다.

레이저를 이용해 수은 이온 단 하나를 초저온으로 냉각시키고 가두어 둔 후 이를 갖고 지금까지 인간이 할 수 있었

던 가장 정밀한 시간 측정을 한 것이다.

그는 또 이 레이저를 이용한 이온 냉각 기술을 이용해 '양자 컴퓨팅'(quantum computing), 즉 양자역학적 현상을

이용해 데이터를 처리하는 계산 기술을 연구하는 분야를 창시한 인물 중 하나로 꼽힌다. 이 분야는 암호 해독 기법

연구 등 여러 다른 분야에 응용되고 있다.

와인랜드 박사의 레이저 기반 이온 냉각 기법을 기반으로 해 중성 원자 냉각 포착법을 개발한 미국의 스티븐 추, 윌

리엄 필립스와 프랑스의 클로드 코엔-타누지는 1997년 노벨상을 이미 받았다.

콜레쥬 드 프랑스(College de France)와 프랑스 파리 고등사범학교(ENS)에 재직중인 아로슈 교수는 빛의 입자, 즉

광자 하나를 가두어 두고 조작하고 측정하는 연구를 했다.

아로슈 교수는 단일 광자를 덫에 가두기 위해 매우 정밀도가 높은 거울을 만들어 빛이 빠져나가지 못하도록 하는

방법을 개발했다.

여기에는 초전도(superconducting) 기술과 초저온 냉각 기술이 쓰였다.

이런 방식으로 '덫에 갇힌 단일 광자(single photon in a trap)'를 만든 후 이 광자의 상태를 연구하는 데는 원자가

사용됐다. 원자 중에서도 그 속의 전자 중 일부가 매우 에너지가 높은 들뜬 상태(excited state)로 돼 있는 '리드베

리 원자(Rydberg atom)'를 이용해 이 원자와 광자가 어떻게 상호작용하는지 살핀 것이다.

제원호 서울대 물리천문학부 교수는 "원자 하나와 광자 하나, 혹은 이온 하나와 광자 하나로 이뤄진 매우 간단한 물

리계에 관한 실험을 제어할 수 있는 장치를 개발하고 현상을 해석했다는 점에서 아로슈 교수와 와인버그 박사의 업

적이 중요하다"고 설명했다.

아로슈 교수가 미국 예일대에 있을 당시 박사학위 논문을 썼던 제 교수는 "여러 입자가 모여 있는 상태에서는 아무

래도 여러 단계를 거쳐 관측과 해석이 이뤄질 수밖에 없지만, 간단한 시스템에 대해서는 양자역학의 기본 원리들을

직접적이고 확실한 방식으로 증명하고 해석할 수 있다"고 강조했다.

김재완 고등과학원 교수는 "가장 단순한 양자계(quantum system)를 측정하고 조작한다는 점에서 와인랜드 박사와

아로슈 교수의 연구는 공통점이 있지만, 와인랜드 박사는 이온을 가둬 놓고 빛으로 측정과 조작을 했고 아로슈 교수

는 반대로 빛을 가둬 놓고 원자로 측정과 조작을 한 것"이라고 설명했다.