노벨 물리학상, 양자서 나와…"양자컴퓨팅 큐비트 기반 마련"

올해 노벨 물리학상 수상자는 양자(퀀텀)에서 나왔다. 올해는 UN이 정한 양자의 해다. 양자역학이 탄생한지 100주년이 되는 해다.

스웨덴 왕립과학원 노벨위원회는 7일 미국 캘리포니아대학 교수인 존 클라크와 마이클 H. 디보리트(예일 대학 겸임), 존 M. 마티니스에게 돌아갔다.

이들은 조셉슨 효과를 기반으로 한 전기회로에서의 거대 양자 터널링 현상 발견과 에너지 양자화를 실험적으로 입증한 공로를 인정 받았다.

조셉슨 효과는 두 초전도체 사이에 얇은 절연막을 통해 전자쌍이 터널링하는 현상이다. 이때 이 절연막을 조셉슨 접합이라 부른다.

양자 터널링은 양자 컴퓨터, 나노기술, 생명과학 등 미래 기술 혁신의 핵심 원리로 주목받고 있다.

양자 터널링 현상은 입자가 고전역학적으로 넘을 수 없는 에너지 장벽을 확률적으로 통과하는 현상이다.

실사용 예로는 반도체와 전자기기 분야 터널 다이오드나 플래시 메모리 등에서 전자가 장벽을 터널링해 전기적 특성을 제어한다든지, 주사 터널링 현미경(STM)으로 원자 수준의 물질 표면 관찰, 별의 중심에서 양성자가 터널링을 통해 핵융합, 에너지를 생성하는 것 등이다.

에너지 양자화는 고전역학에서 에너지가 연속적으로 변화할 수 있다는 것과 달리, 양자 시스템에서는 에너지가 특정 값만을 취할 수 있다는 것이다.

정연욱 성균관대학교 양자정보연구지원센터장은 "에너지 양자화는 설명보다 몸으로 받아 들여야하는 부분"이라며 "클라크 교수는 스퀴드(고감도 자속 검출 소자)의 아버지로 불린다. 3인 모두 초전도 분야에서 기여한 공로를 인정한다"고 말했다.

양자화된 에너지는 주로 원자, 전자, 빛 등 양자적 입자와 시스템에서만 적용된다. 예를 들어 양자 컴퓨팅에서 큐비트(양자 비트)의 작동 원리, 양자 계산의 기본 개념과 밀접하게 연결돼 있다는 것이다.

지난해엔 노벨 물리학상과 노벨 화학상을 인공지능(AI)이 휩쓸었다. 2024 노벨 물리학상은 ‘AI 대부’로 꼽히는 제프리 힌튼 토론토 대학 교수와 ‘홉필드 네트워크’로 AI 연구의 기반을 닦은 존 홉필드 프린스턴대학 교수가 받았다.

2024 노벨 화학상은 단백질 구조를 파악하는 인공지능(AI) 모델 '알파폴드'를 개발한 구글 AI 기업 딥마인드의 데미스 허사비스 CEO와 존 점퍼 딥마인드 연구원에게 돌아갔다. 허사비스는 '알파고 아버지'로 불린다.

수상자들은 상금 1100만 스웨덴 크로나(한화 약 16억5천만 원)를 나눠 갖게 된다.

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