정부는 지난해 12월 말 확대 과학기술관계장관회의를 열고 과학기술 발전뿐만 아니라 국익을 위해 경쟁력을 갖춰야 할 ‘10대 국가 필수전략기술’을 선별해 보호·육성하기로 의결했다. 10대 기술 중에는 양자기술이 포함됐다. 양자기술은 슈퍼컴퓨터로도 푸는 데 1만년 이상 걸리는 문제를 200초 만에 해결할 정도로 컴퓨터 기술 한계를 넘어 신약 개발, 금융 등 다양한 산업 분야에서 혁명을 가져올 기술로 꼽히고 있다. 그렇지만 선진국과 비교해 가장 뒤떨어져 있는 기술로 평가되고 있다. 이에 서울신문은 양자기술의 국내외 현황을 파악하고 한국이 양자기술 분야를 선도해 나갈 수 있는 방법을 모색하기 위해 한국과학기술기획평가원(KISTEP)과 함께 지난 13일 양자기술을 주제로 전문가 좌담회를 열었다. 좌담회에는 김재완 고등과학원 교수, 김정상 미국 듀크대 교수(미국 양자컴퓨팅 스타트업 IonQ CTO), 이경수 과학기술정보통신부 과학기술혁신본부장, 정병선 KISTEP 원장이 참석했다. -20세기 초 학문탐구 대상이었던 양자역학이 최근 미래 경제·사회를 뒤흔들 혁신기술로 주목받고 있다. 하지만 여전히 어렵고 멀다. 양자기술이 가장 먼저 상용화될 부분은 무엇일까. 김재완 “양자기술 자체가 굉장히 폭이 넓다. 우리가 사용하는 컴퓨터나 휴대전화도 양자기술을 기반으로 하고 있다. 요즘 언급되는 양자기술은 양자물리학의 중첩, 얽힘 현상을 응용한 것들로 양자정보기술, 양자컴퓨팅 등을 의미한다. 최근 양자계측, 양자이미징 쪽에서 많은 혁신이 이뤄지고 있어 이쪽에서 가장 먼저 상용화된 기술을 만날 수 있을 것으로 본다.” 김정상 “내가 연구하는 양자컴퓨터 개념은 40~50년 역사가 있지만 한동안 정체돼 있다가 최근 혁신적 기술들이 하나둘 등장하고 있다. 처음에는 천천히 응용되는 것 같지만 어느 순간 빠르게 확산될 수 있다. 현재는 전문가들의 영역에 머물러 있지만 젊은 학생들이 양자에 관심을 갖고 뛰어드는 숫자가 많아질수록 일상에서 양자를 접하는 시기는 더 빨라질 것이다.” ●양자기술 현재는 전문가 영역 머물러 -양자기술 확보를 국가안보, 생존과 연관 지어 국가가 반드시 전략기술로 육성해야 한다고들 한다. 그런 주장들이 나오는 이유는 뭔가. 이경수 “양자기술은 가진 나라와 가지지 못한 나라의 차이가 극명하게 나타나는 차세대 게임체인저 기술이기 때문에 반드시 확보해야 한다. 신약, 에너지 등 다양한 산업에서 엄청난 파급력을 가져올 기술이다. 국방, 우주 분야처럼 양자도 자력 개발이나 기술동맹 간에만 협력하는 등의 통제가 있을 것으로 보이는 만큼 국가 차원의 전략적 육성과 협력이 필요하다.” 정병선 “양자기술 분야에서 한국이 선진국과 비교해서 뒤처진 것은 사실이지만 1990년대 D램반도체 개발 때처럼 정부가 나서서 핵심기술 개발에 집중하는 동시에 산업계를 끌어들여 함께 뛰는 전략을 쓴다면 빠르게 추격이 가능할 것이다.” ●국내 기관·대학 연구인력 150명 불과 -세계 각국의 대응과 한국의 양자기술 수준이 궁금하다. 김정상 “과학사를 보면 새로운 혁신은 당장 보기에는 ‘저게 가능할까’라는 분야에서 시작됐다. 현재 양자기술이 그렇다. 그렇기 때문에 미국이나 유럽은 물론 중국 등에서도 양자기술 상용화에 투자를 늘리고 기업들도 관심을 갖고 있는 추세다.”김재완 “20세기까지만 해도 양자물리학은 정보를 담는 하드웨어로만 인식됐는데 양자정보기술은 하드웨어와 소프트웨어, 시스템 전체를 양자로 대체할 수 있다고 본다. 이 같은 추세가 조금만 지나면 TV 원리를 모르고도 영상을 보고 즐기듯 양자기술 원리를 모르고도 양자를 활용할 수 있게 될 것이다. 선진국들도 그런 측면에서 지원을 늘리고 있다.” -기술 확보를 위해선 인력 확보가 중요하다. 미국의 경우 양자기술 인력 양성을 위해 정부에서 어떤 지원을 하고 있나.김정상 “네트워크 효과라는 것이 있다. 특히 젊은층이 양자기술에 대해 관심을 갖도록 계기를 마련해 주면 그들을 시작으로 기술에 대한 관심이 빠르게 사회 전체로 확산될 것이다. 미국은 상용화 초기 단계에 진입해 있기 때문에 양자기술 관련 연구조직들이 기존 정부 주도에서 민간 부분이 점점 확대돼 정부와 민간이 절반씩 차지하는 분위기다. 미국 정부는 양자기술로 사회 당면문제를 어떻게 해결할지, 기업 상용화를 어떻게 도와줄 수 있는지에 주목하고 있다.” ●정부, 젊은층 관심 갖게 계기 마련을 -한국에서는 양자기술 전문인력을 확보하기 위해서는 어떤 노력을 하고 있는가.이경수 “현재 국내 양자 연구인력은 150명 정도에 불과하다. 대부분이 정부출연 연구기관과 대학에 있다. 산업계에서는 거의 찾아볼 수 없다. 그렇다고 옛날처럼 ‘전문가 100만명 양성’ 같은 전략은 말도 안 되고 현실성도 없다. 양자기술이 상용화돼 산업 생태계가 형성되기 전까지는 배출된 인력을 안정적으로 흡수할 수 있는 일자리를 만들기 위해 정부가 노력하고 있다.” -한국이 취해야 할 국제협력전략은 무엇인가. 이경수 “조 바이든 정부 출범 후 미국은 중국과 기술패권 경쟁을 가속화하면서 동맹국과 연합해 첨단기술의 글로벌 주도권 확보에 주력하고 있다. 이에 우리 정부는 지난해 5월 한미 정상회담을 계기로 양자기술과 관련해 미국과학재단이나 에너지부와 공동연구, 인력 교류 등 실질적 협력 확대를 위한 양해각서를 체결했다. 연구보안 강화를 전제로 한미 간 연구용 소재, 부품, 장비 수출입 규제 완화 등도 협의해 나갈 것이다.”정병선 “국제협력에서 중요한 것은 ‘주고받기’다. 개발도상국 시절처럼 우리가 받기만 할 수 없다. 양자기술 로드맵과 연구개발 전략을 수립할 때 우리가 경쟁력을 가질 수 있는 분야를 발굴해 집중 투자해야 한다. 양자기술을 적용하고 해결할 수 있는 문제들을 발굴해 산업 생태계를 만들어 준다면 외국 전문인력도 유입할 수 있고 기술경쟁에서도 우위를 가질 수 있을 것이다.” ●실패 과정서 습득 노하우 타분야 적용 -산업생태계 형성에서 중요한 점은 무엇인가. 김정상 “성공한 기업가들의 공통점은 큰 실패를 해 봤다는 것이다. 첨단기술 분야에 처음 진입할 때는 위험 부담이 클 수밖에 없다. 양자기술이라는 새로운 분야에 뛰어들어 실패를 하더라도 그것을 디딤돌로 해 새로운 도전을 할 수 있는 분위기를 만들어 주는 것이 중요하다. 양자기술 확보에서 정부의 역할은 바로 그런 분위기를 조성하는 것이다.” 이경수 “위험부담이 있는 분야 연구에 뛰어들 때 한국의 많은 연구자들은 실패하면 감사를 받거나 법적 부담 걱정부터 한다. 양자기술을 비롯해 국가전략기술에 대해서는 실패를 하더라도 새롭게 도전할 수 있는 분위기를 만들려고 하고 있다. 또 정부 부처별 벽을 낮춰 자유로운 융합연구가 가능하게 하려고 하고 있다.” 정병선 “정부 연구개발(R&D) 예산을 만들 때 크지는 않더라도 창의·도전·혁신 연구프로젝트를 위한 비용을 마련해 둘 필요가 있다. 또 첨단기술 연구를 할 때는 규제를 덜 받는 시스템이 적용돼야 한다.” 김재완 “새로운 분야에 도전하고 실패하는 과정에서 배우는 것이 많다. 그렇지만 한국에서는 실패를 단순한 실패로 보는 경우가 많다. 실패 과정에서 습득한 노하우들을 생각지 못한 분야에서 활용할 수도 있다. 해당 분야가 아닌 다른 분야에 적용할 수 있는 ‘스핀오프’ 기술도 그런 과정에서 나오는 것이다.” 김정상 “미국 정부는 처음 양자컴퓨터를 개발할 때 위험 부담이 크기 때문에 규모는 크지 않지만 작은 단위로 꾸준히 지원해 디딤돌을 만들어 주는 전략을 썼다. 실리콘밸리에서도 창업기업의 90%는 크게 성공하지 못한다. 90%는 실패하지만 10%가 엄청난 부가가치를 창출하는 것이다. 장기적으로 보면 그 10%를 위해 투자하는 것이 맞다. 양자기술도 마찬가지다.”

14∼16세기 르네상스가 한창이던 시절 과학자들은 변화하고 움직이는 모든 것들을 유체(流體) 현상으로 이해하려고 했다. 고대 그리스의 철학자 헤라클레이토스가 남긴 언명 ‘판타 레이’(panta rhei)의 영향력이 여전했기 때문이다. ‘만물유전’(萬物流轉)이라 번역되는 판타 레이는 ‘모든 것은 흐른다’라는 뜻을 갖고 있다. 수많은 천재와 지성들은 세계를 판타 레이의 관점으로 봤고, ‘소용돌이’라는 뜻을 가진 보텍스(vortex)를 중심에 놓고 우주와 물리 현상을 해석했다. 그러나 과학이 발전하면서 유체들은 하나둘 사라졌다. 근대과학의 효시로 추앙받는 아이작 뉴턴은 중력 법칙으로 보텍스들을 깨끗이 소멸시켰고, 현대물리학이 양자역학과 상대성이론을 두 기둥으로 삼은 이후엔 유체역학 역시 설 자리를 잃었다. 새 책 ‘판타 레이’는 판타 레이가 지배하던 시절의 이야기를 담고 있다. 여기에 현대 과학 이야기를 적당히 섞어 이해를 돕는다. 한데 굳이 현대와 단절된 옛 과학 이야기를 들춰내는 이유는 뭘까. 사실 불꽃처럼 휘몰아치다 소멸한 옛 과학의 역사는 현대 과학의 기저에서 끊이지 않고 이어져 왔다. 유체역학처럼 말이다. 물리학에서 잊혀졌던 유체역학은 두 차례 세계대전을 거치며 항공기와 로켓의 기초 이론으로 다시 각광받고 있다. 저자는 유체역학을 연구한 로켓 분야 권위자다. 듣는 것만으로도 머리에 쥐가 날 것 같은 이름과 용어들이 무수히 날아다니지만 책은 그리 어렵지 않다. 과학 이론 자체에 대한 설명보다는 그 이론이 나오게 된 배경, 영향, 역사, 예술 등의 이야기들을 종횡으로 탐색하고 있기 때문이다. 낭만적인 과학의 역사, 혹은 장삼이사의 눈높이에 맞춘 과학 철학을 담은 책 정도로 이해하면 될 듯하다. 책엔 과학자뿐 아니라 미술가, 음악가, 경제학자 등도 등장한다. 페이지를 넘기다 보면 토머스 그레셤 이전부터 ‘악화가 양화를 구축’하는 현상을 발견하고 있는 코페르니쿠스, 명화 ‘비너스의 탄생’에 보텍스의 흐름을 그려넣고 있는 보티첼리와 만나는 등 뜻밖의 경험을 하게 된다.

기초과학연구원(IBS) 양자나노과학연구단 안드레아스 하인리히 단장이 독일 카를 프리드리히 본회퍼상을 받는다. 카를 프리드리히 본회퍼상은 ‘노벨상 사관학교’로 불리는 독일 막스플랑크 생물물리화학연구소가 2016년부터 생물학, 물리학, 화학분야에서 선도적인 연구 성과를 내고 있는 연구자를 선정해 수여하는 상이다. 하인리히 단장은 나노과학과 양자역학을 아우른 양자나노과학 분야를 이끌고 있는 세계적인 석학 중 한 명이다. 최근에는 국제학술지 ‘네이처 나노테크놀로지’에 논문을 발표해 양자나노과학의 정의를 새롭게 제시해 세계적인 주목을 받았다. 시상식은 17일 독일 막스플랑크 생물물리화학연구소에서 수상자 초청강연과 함께 열린다.

기초과학연구원(IBS) 양자나노과학연구단 안드레아스 하인리히 단장이 독일 칼 프리드리히 본회퍼 상을 받는다. I칼 브리드리히 본회퍼 상은 ‘노벨상 사관학교’로 불리는 독일 막스플랑크 생물물리화학연구소가 2016년부터 생물학, 물리학, 화학분야에서 선도적인 연구성과를 내고 있는 연구자를 선정해 수여하는 상이다. 하인리히 단장은 나노과학과 양자역학을 아우른 양자나노과학 분야를 이끌고 있는 세계적인 석학 중 한 명이다. 최근에는 국제학술지 ‘네이처 나노테크놀로지’에 논문을 발표해 양자나노과학의 정의를새롭게 제시해 세계적인 주목을 받았다. 시상식은 17일 독일 막스플랑크 생물물리화학연구소에서 수상자 초청강연과 함께 열린다. 하인리히 단장에게는 상패와 함께 상금 1만 유로(약 1300만원)이 주어진다. 이에 앞서 하인리히 단장은 지난 1일 일본진공표면학회에서 수여하는 하인리히 로러 그랜드 메달을 수상하기도 했다.

국내 연구진이 전기차의 주행거리를 이론상 3배 이상 늘릴 수 있는 배터리 기술을 개발했다. 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 연구팀은 리튬이온배터리의 고용량 음극 소재인 실리콘의 내구성을 획기적으로 늘릴 수 있는 합성기술을 개발했다. 이번 연구결과는 소재과학 분야 국제학술지 ‘네이처 에너지’ 12월 14일자에 실렸다. 전기차의 1회 충전 주행거리는 탑재된 배터리 용량에 비례하는데 음극소재에 좌우된다. 이에 한다. 특히 현재 사용되는 리튬이온배터리의 음극소재는 흑연인데 흑연보다 이론적 용량이 10배 이상 큰 소재가 바로 실리콘이다. 문제는 실리콘을 이용해 음극을 만들었을 경우 충방전 때마다 실리콘 부피가 3배 이상 부풀어 오른다는 것이다. 더군다나 팽창과 수축을 반복하면서 구조적 손상이 발생하기 쉽고 팽창하면서 가스에 의한 폭발 위험도 있다. 이 때문에 흑연에 실리콘 소재를 5% 안팎으로만 포함시켜 사용하거나 덩어리 실리콘을 잘게 부숴 합성하는 방식을 활용했다. 연구팀은 양자역학계산을 통해 원료물질을 가스형태로 만들어 합성하는 기상증착을 통해 실리콘 입자를 1나노미터 이하로 줄이는데 성공했다. 이렇게 합성된 실리콘 음극재의 부피 팽창률을 측정했을 때 상용 흑연소재와 유사한 15% 내외에 불과했다. 흑연 음극재의 경우 충전시 13% 정도 팽창했다. 실제로 각형 셀로 만든 실리콘 음극재 평가에서 2800회 충방전을 반복한 뒤에도 초기 용량의 91%를 유지하는 것이 관찰됐다. 이번에 개발된 실리콘 기반 음극소재는 전기자동차 뿐만 아니라 고용량 에너지 저장시스템(ESS)에도 적용이 가능한 것으로 기대되고 있다. 연구를 이끈 조재필 특훈교수는 “이번 기술은 실리콘 입자 성장과정에 대한 이해를 바탕으로 단점을 효과적으로 해결한 합성법을 찾았다는데 의미가 있다”라며 “더군다나 이번 개발한 기술은 대량생산이 쉽고 생산비용 절감효과도 있을 것”이라고 말했다.

독일 물리학자 아인슈타인이 일반상대성이론을 완성하는 과정에서 작성한 연구 노트가 경매에서 1170만 유로(약 156억원)에 팔렸다. 23일(현지시간) 로이터통신 등에 따르면 아인슈타인이 절친한 동료였던 스위스 물리학자 미셸 베소와 함께 1913년에서 1914년 사이 작성한 54쪽짜리 노트가 이날 프랑스 파리의 크리스티 경매소에서 과학 관련 문서로는 최고 가격에 거래됐다. 크리스티 경매소는 애초 이 노트의 가치를 200만~300만 유로로 추정했다.이 노트는 아인슈타인이 1915년 발표한 일반상대성이론이 어떤 과정을 거쳐 구성됐는지 보여 주는 문건이다. 전체의 절반 정도는 아인슈타인이 손으로 직접 쓴 수식이다. 이 노트는 아인슈타인이 때때로 실수했던 흔적들을 그대로 담고 있다고 로이터는 전했다. 이 노트는 베소가 보관해 왔다. 크리스티의 경매 전문가 빈센트 벨로이는 “아인슈타인이 1919년 이전에 작성한 문서는 극히 드물다”며 “기록을 많이 남기지 않은 아인슈타인의 연구 노트가 지금까지 보존돼 공개된 것으로도 놀라운 일”이라고 말했다. 아인슈타인이 완성한 일반상대성이론은 중력에 관한 가장 정확한 이론으로 평가되며, 양자역학과 함께 현대 물리학의 근간을 이룬다.

조선 사회주의자 열전(박노자 지음, 나무연필 펴냄) 일제강점기에 조선의 독립과 사회주의 실현에 몸을 던진 이들. 주체 철학자 신남철, 비운의 빨치산 박치우, 조선과 러시아의 경계에 선 남만춘과 김남겸, 붉은 페미니즘의 선구자 허정숙 등 사회주의자 열 명의 활약과 미래를 향한 고민을 따라가면서 또 다른 위기의 시대에 놓인 오늘을 돌아본다. 312쪽. 1만 9000원.여자로 나이든다는 것(앤 G 토머스 지음, 박은영 옮김, 열대림 펴냄) 교육학 박사이자 심리치료사로 일해 온 저자가 눈으로 아이를 키운 여자, 마녀와 구두를 바꿔 신은 여자, 해를 훔친 지혜로운 할머니 거미 등 동화와 전설을 통해 여성의 삶과 지혜를 전한다. 352쪽. 1만 9000원.일어날 일은 일어난다(박권 지음, 동아시아 펴냄) 양자역학은 세계 최고의 이론 물리학자들이 근본으로 꼽는 이론이다. 물리학자이자 고등과학원 교수인 저자가 왜 모든 것이 양자로 수렴되는지 촘촘히 전하는 책은 우리가 어떻게 그리고 왜 존재하는지에 대한 하나의 긴 논증이기도 하다. 344쪽. 1만 7500원.‘나는’ 괜찮지 않아도 괜찮아(비장애형제 자조모임 ‘나는’ 지음, 한울림스페셜 펴냄) 발달장애와 정신장애를 겪는 형제를 둔 비장애 형제들이 모인 ‘나는’이 낸 소설 형식의 자전적 에세이. 장애 가정 안에서 비장애 형제의 고민, 장애인의 형제자매가 가진 혼란과 아픔 등 그들의 깊은 속마음이 가감 없이 담겨 있다. 288쪽. 1만 8000원.대가 없는 일(김혜지 지음, 민음사 펴냄) 세상과 ‘나’ 사이에서 휘청이는 이들을 주목한 소설집. 학교폭력에 시달리는 청소년을 이야기한 ‘꽃’을 비롯해 출산 계획만으로 상사의 눈총을 받으면서도 난임 시술을 해야 하는 여성을 그린 ‘아가야, 어서 오렴’ 등 단편 7편을 모았다. 276쪽. 1만 3000원.풋감으로 쓴 시(오현아 글, 엄정원 그림, 백화만발 펴냄) 백화만발의 ‘시니어 그림책’ 시리즈 일곱 번째 책. 할머니는 왜 아파트 경비 아저씨에게 풋감을, 중국집 사장에겐 양파 껍질을, 시장에선 자초 뿌리를, 포목점 주인에겐 천을 부탁했을까. 천에 물을 들이며 자신의 슬픔을 희망으로 물들이는 할머니 이야기를 따뜻하고 밝은 그림으로 그렸다. 72쪽. 1만 2000원.

우주는 우리의 모든 상상을 초월할 정도로 광대하다. 수조 개의 은하는 각각 수천억 개의 별을 포함하며, 온 우주의 별 수는 지구상의 모래알보다 약 10배나 많다. 현재까지 밝혀진 우주의 크기는 약 940억 광년에 이르는데, 인간의 척도로 볼 때 이는 거의 무한대라 할 수 있는 크기다. 그런데 이처럼 광대한 우리 우주 외에도 다른 우주들이 존재한다고 주장하는 사람들이 있다. 그런 우주를 다중우주라 하며, 그런 주장을 다중우주 해석이라 한다. 그들의 주장에 따르면, 다른 우주가 존재하지만 우리 우주와는 아무런 인과관계가 없으며, 관측이나 소통도 전혀 불가능하다고 한다. 여기서 말하는 다중우주는 일반적으로 여러 개의 우주가 있다는 이론이고, 평행우주는 동일한 차원의 우주만을 의미한다. 얼핏 생각하면 참 황당한 소리로 들리기도 하는데, 우리 우주와 그런 우주들을 통틀어 일컫는 용어조차 아직 제대로 없다. ‘우리 우주에는 다른 우주들도 있다’는 말 자체가 모순이니까, 일단 모든 우주를 아우르는 말로 ‘초우주’라 하기로 하자. 다중우주의 모태는 ‘인플레이션’ 약 138억 년 전, 무한대의 밀도를 가진 특이점이 폭발함으로써 우주가 탄생했다고 빅뱅이론은 주장한다. 이 빅뱅이론에 따르면 1초의 아주 짧은 시간 동안 모든 방향에서 빛의 속도보다 빠르게 우주가 팽창했다. 10^-32초가 지나기 전에 우주는 원래 크기의 10^26배까지 팽창했는데, 이를 인플레이션 우주론 또는 급팽창 이론이라 한다. 1980년 미국의 이론 물리학자 앨런 구스가 최초로 제창했다.빅뱅에서 갓 태어난 우주는 급격한 인플레이션을 겪으면서 엄청난 규모로 팽창되어 현재는 거의 평탄한 우주가 되었다. 다중우주론은 이 앨런 구스의 인플레이션 이론을 바탕으로 한다. 인플레이션 과정에서 우주 안팎에 각각 다른 물리법칙들이 지배하는 새끼 우주들이 계속 생겨났다는 것이다. 그래서 아들 우주, 손자 우주라고 불린다. 인플레이션이 다중우주의 모태인 셈이다. 한편, 다중우주들은 서로 웜홀로 이어져 있다는 주장도 있다. 다중우주론자들은 우리 우주는 초우주의 일원일 뿐이며, 초우주를 구성하는 다른 우주들은 우리 우주에서 파생되어 나왔다고 보는 게 다중우주 해석이다. 이처럼 불가사의한 인플레이션과 빅뱅의 과정은 몇몇 연구자들에게 다중우주가 가능하다는 확신을 심어주었다. 다중우주론자들은 우주의 지평선 너머에 우리 우주와는 또 다른 우주가 밤하늘 별처럼 셀 수 없을 정도로 존재한다는 가설을 내놓고 있다. 그들은 우리 우주도 하나의 거품 형태로 존재한다고 보며, 그런 거품이 수도 없이 많다는 것이다. 그리고 각각의 우주는 따로 분리되어 있기는 하지만 물리법칙은 엇비슷하다고 가정한다. 우리 우주는 터무니없이 다양한 속성을 갖고 있는 엄청나게 많은 우주 중의 하나에 불과하며, 우리가 살고 있는 특정 우주의 가장 기본적인 속성 중 일부는 그저 우주의 주사위를 무작위로 내던져서 나온 우연의 결과일 뿐이라는 것이 다중우주론의 핵심 개념이다. 최초로 다중우주 해석을 들고 나온 사람은 1957년 프리스턴 수학과 학생이었던 에버렛 휴였다. 그는 존 휠러를 지도교수로 하여 박사논문 주제로 이 해석을 다루었고, 그의 논문은 <현대 물리학 리뷰>에〈양자역학의 상대상태 공식화란 제목으로 게재되었다. 그러나 반응은 신통찮았다. 휴의 다중우주 해석에 따르면, 슈뢰딩거의 고양이는 코펜하겐 해석처럼 삶과 죽음(파동함수)이 중첩된 상태가 아니며, 상자의 뚜껑을 여는 순간 우주는 두 갈래로 갈라지고, 죽은 고양이와 산 고양이가 서로 다른 우주에 동시에 존재한다는 것이다. 두 상태 사이에 가중치를 둘 수는 없다고 주장한다. 따라서 일어날 가능성이 조금이라도 있는 사건(양자역학적 확률이 0이 아닌 사건)은 분리된 세계에서는 하나도 빠짐없이 ‘실현’된다고 본다. 곧, 그 사건이 발생하는 다른 우주가 반드시 존재한다는 것이다. 다세계 해석은 확률적으로 가능한 모든 세계를 인정한다. 따라서 이 논리에 따르면 자연스럽게 다중우주를 긍정할 수 있고, 그 가운데에서도 평행우주의 개념 또한 포함된다. 다세계 해석에 따르면, 다세계의 모든 존재들은 오직 자신이 속한 세계만을 인식한다. 그렇다면 결국 다세계 해석이 옳은 것이라 하더라도 그 존재를 실제로 확인하는 것은 원리적으로 불가능하다. 휴의 다세계 해석은 양자역학의 연구가 활발히 이루어지고 있을 무렵, 급팽창 이론과 끈 이론 등 여러 과학적 이론에 접목되어 큰 영향을 미쳤다. 나중에 대중적으로도 널리 알려지게 되었고, 물리학과 철학의 수많은 다세계 가설 중 하나로, 현재는 코펜하겐 해석과 함께 양자역학의 주류 해석들 가운데 하나로 자리잡고 있다.

달걀 대신 시계를 삶아버린 뉴턴 평생을 홀아비로 살며 개와 고양이를 기른 뉴턴이 어느날 벽에다가 개와 고양이가 다닐 구멍을 하나 뚫어주었다. 그런데 구멍이 작아 개는 다닐 수 없겠다 싶어 그 옆에 큰 구멍을 또 하나 더 뚫었다. 친구가 보고 말했다. 벽에 왜 구멍을 둘씩이나 뚫었냐고. "개 하나, 고양이 하나가 필요하잖아." "그럼 큰 구멍 하나만 뚫어 같이 다니면 되지." "아, 참 그렇군." 이뿐만이 아니다. 연구에 열중하던 뉴턴이 달걀을 삶으려 물을 끓인 냄비에 달걀 대신 회중시계를 넣어버렸다는 일화도 있다. 다음 일화는 더욱 기가 막히다. 어느 날 난로 곁에 앉아 연구에 몰두하던 뉴턴이 다급히 하인을 불렀다. 난로가 뜨겁게 달아올라 견딜 수가 없을 지경이니 난로 속에 있는 불을 끌어내라고 했다. 그러자 하인은 답답하다는 듯 뉴턴에게 말했다. "아니, 난로가 너무 뜨거우면 불을 끌어낼 게 아니라 교수님이 앉은 의자를 뒤로 좀 물리면 되지 않습니까?” 그제야 멍때리는 표정으로 뉴턴이 대꾸했다. "아하! 그런 간단하고 좋은 방법이 있다는 걸 내가 왜 미처 생각 못했지?" 20년 산 자기 집을 못 찾았던 아인슈타인 이런 뉴턴에 꿀리지 않는 클래스가 바로 아인슈타인이다. 프린스턴 고등연구소에 있을 때 집이 가까워 점심은 늘 집에 와서 먹었다. 걸어서 다니면서도 늘 머리속으로는 '연구'를 하던 그는 길에서 동료를 만나 연구 얘기를 하다가 헤어질 때 동료에게 물었다. "여보게, 내가 집 쪽에서 오던가 연구소 쪽에서 오던가?" "집 쪽에서 오셨죠." "아, 그럼 점심은 먹은 거로군." 아인슈타인은 또 20년이나 산 자기 집의 주소를 끝내 외지 못했다. 그래서 미국 뉴저지주 머서카운티 프린스턴시 머서가 112의 집주인은 매번 다른 사람의 도움을 받아야 집을 찾을 수 있었다. 때로는 자신의 연구실로 전화를 걸어 주소를 알았다고 한다. 20세기 제일의 과학천재로 꼽히는 사람이 머리가 나빠서 그러지는 않았을 것이다. 심리학자들은 이러한 천재들의 증상을 '고기능성 자폐증'이라고 풀이한다. 한 분야에 너무나 집중한 나머지 다른 정보는 잘 받아들여지지 않는 증상이다. 지하철에서 미적분 문제를 풀어준 물리학자 노벨 물리학상을 받은 미국 물리학자 리언 레더먼이 다른 물리학자(리정다오)가 지하철에서 겪은 일을 <신의 입자>에서 다음과 같이 소개했다. 몇 년 전, 맨해튼 지하철에서 한 노인이 기초 미적분학 문제를 풀던 중 어려운 부분에 막혀서 쩔쩔매다가 옆 좌석에 앉아 있는 생면부지의 승객에게 도움을 청했다. “저, 실례지만 혹시 미적분 할 줄 아십니까?” “아, 네. 조금 할 줄 압니다.” 그 승객은 노인의 문제를 풀어주고 다음 정류장에서 내렸다. 노인이 지하철에서 미적분학 공부를 하는 것도 드문 일이지만, 그 노인의 옆자리에 앉아서 문제를 풀어준 사람은 무려 노벨상 수상자인 중국 출신의 이론물리학자 리정다오였다. ​정신병원 환자 취급당한 노벨상 물리학자 ​그러면서 레더먼은 자신도 지하철에서 겪은 일을 다음과 같이 너스레를 떨어가면서 풀어놓았다. 그도 지하철에서 뜻하지 않은 경험을 한 적이 있는데 결말은 사뭇 달랐다. 어느 날 시카고에서 통근열차를 탔는데, 정신병원에서 파견된 한 간호사가 환자 여러 명을 인솔하고 나와 같은 기차를 타게 되었다. 그런데 하필 환자들이 그가 있는 곳으로 모여드는 바람에 본의 아니게 그들 중 한 사람이 되었다. 여기까지는 오케이. 그런데 잠시 후 간호사가 다가와 환자의 수를 세기 시작했다. “하나, 둘, 셋…” 그 다음에 레더먼과 눈이 마주쳤고, 간호사가 눈을 가늘게 뜨며 물었다. “댁은 누구세요?” “아, 네. 저는 리언 레더먼이라고 합니다. 페르미 연구소의 소장이고 노벨상도 받았지요.” 그녀는 레더먼을 손가락으로 가리키며 계속 세어나갔다. “물론 그러시겠죠. 넷, 다섯, 여섯…”운전기사에게 강의시킨 노벨상 수상자 양자론의 문을 연 플랑크의 복사법칙을 발견하여 1918년 노벨물리학상을 받은 막스 플랑크는 일찍이 두각을 나타내 27세의 젊은 나이에 교수가 되었다. 워낙 동안인 플랑크는 40대에도 청년의 얼굴 그대로였는데, 하루는 플랑크가 어느 강의실에서 강의를 해야 할지를 몰라 과사무실 직원에게 물었다. "실례지만 플랑크 교수가 강의하는 교실이 어딘가요?" 직원이 단호한 어조로 말했다. "젊은이, 거긴 가지 말게. 자넨 너무 어려서 플랑크 교수의 강의를 이해하지 못할 거야." ​플랑크에게 다음과 같은 일화도 전한다. 양자이론을 제안하고 발전시킨 공로를 인정받아 1918년, 나이 60세 때 노벨 물리학상을 수상한 플랑크는 이후 독일 전역에서 강연을 해달라는 요청을 받아 바쁜 일정을 소화해야 했는데, 피곤한 사람은 플랑크뿐 아니라, 그를 싣고 독일 곳곳을 다녀야 했던 운전기사도 마찬가지였다. 그에 대해 약간 불만이 있었던지 한번은 강의하러 가는 도중에 운전기사가 뒷자리의 플랑크에게 한마디 툭 던졌다. "교수님 강의는 하도 많이 들어 저도 할 수 있겠습니다." 기사의 어깃장을 어떻게 받아들였는지는 모르지만 플랑크가 대뜸 이렇게 대꾸했다. "그럼 이번엔 자네가 한번 해보게나." ​이렇게 하여 뜻하지 않게 운전기사가 강단에 서서 열이론인 복사이론을 열나게 열강했다. 거기까지는 좋았는데, 강의 후 질문이 대뜸 날아들었다. 그러자 기사는 놀라운 임기응변을 보였다. "흠, 그런 질문은 제 조수가 답변해드리겠습니다." 플랑크가 얼른 강의를 바톤터치해서 무사히 끝냈다고 한다. ​이런 인간미 넘치는 막스 플랑크였지만 그만큼 비극적인 인생을 산 과학자도 드물다. 아내는 폐결핵으로 일찌감치 세상을 떠났고, 큰아들은 1차대전 때 전사했으며, 두 딸은 모두 아기를 낳다가 죽었다. 게다가 마지막 남은 둘째아들은 2차대전 중 히틀러 암살사건에 연루되어 사형선고를 받았다. 늙은 플랑크는 히틀러에게 달려가 탄원했지만, 1945년 끝내 사형이 집행되었다. 1947년 세상을 떠났다. 향년 89세.​최강의 독설가였던 천재 물리학자 역대 물리학자 중 최강의 독설가로 볼프강 파울리를 추대하는 데 반대하는 사람은 거의 없을 것이다. 1900년 4월 25일 오스트리아 빈의 유명한 유태인 과학자 집안에서 태어난 볼프강 파울리는 조숙한 천재로 어려서부터 총명함을 드러냈다. ​1918년 뮌헨 대학 물리학과에 입학한 파울리는 19세 때 당시 대부분의 과학자들조차 난해한 수학과 생경한 개념으로 인해 완전히 이해하기 어려웠던 아인슈타인의 특수 상대성 이론에 대해 237쪽짜리 해설서를 썼다. 아인슈타인조차 이 해설서에 감탄했고, 아직까지도 특수 상대성 이론의 최고 교과서로 인정받는다. 파울리는 이어 21살 때 이온화 수소 이론 논문으로 박사학위를 받고, 1925년에는 파울리 배타 원리를 발견했으며, 27살로 취리히 대학 교수로 임명되었다. 1945년에는 파울리 배타원리 발견 업적으로 노벨 물리학상을 받았다. ​닐스 보어, 하이젠베르크, 보른, 디락과 함께 초기 양자역학을 발전에 많은 기여를 한 코펜하겐 해석자 맴버들 중 한 명이기도 한 파울리는 그의 천재성만큼이나 날카로운 논평, 곧 강력한 독설로 유명했는데, "새로 쓴 논문의 성공 여부를 미리 알고 싶으면 학술지에 발표하기 전에 먼저 파울리에게 검증을 받아보라"는 말이 나돌 정도였다. ​그는 상대가 누구인지 가리지 않고 조금이라도 이상한 부분이 눈에 띄면 가차없는 독설을 날렸다. 한번은 파울리의 지도를 받던 제자가 연구논문을 발표했을 때, 말없이 듣고 있던 파울리가 마지막에 한 마디 내뱉었다. "자네는 나이도 젊은데 벌써 무명 물리학자가 되는 데 성공했구만." ​파울리로부터 이런 말을 듣고 주눅 들지 않을 사람은 없을 것이다. 그런데 이게 다가 아니었다. 몇 달 후 그 제자가 다시 완성한 논문을 들고 찾아왔을 때는 과학사에 길이 남을 명언을 발사했다. "이건 틀린 정도가 아니야! 틀렸다고 말할 수조차 없는 지경이라고!(Not even wrong!)" 제자의 이름은 빅터 바이스코프인데, 스승의 혹독한 조련 덕분이었는지 다행히 훗날 훌륭한 이론물리학자가 되었다고 한다. ​이런 파울리의 독설은 자신이 아쉬운 부탁을 할 때도 여전했다. 한번은 자기 제자를 당시 과학계의 지존 아인슈타인에게 추천하는 편지를 쓴 적이 있는데, 그 내용이 가관이었다. "아인슈타인 선생님, 이 학생은 제법 똑똑하기는 하지만, 수학과 물리학의 차이를 잘 구별하지 못합니다. 선생님도 그렇게 되신 지 꽤 오래인 만큼 잘 보듬어주시리라 믿습니다."

기초과학연구원(IBS) 분자분광학 및 동력학 연구단은 빛이나 양자물질이 입자와 파동의 성질을 모두 갖고 있다는 ‘양자역학 상보성 원리’를 자체 개발한 장비로 실험적으로 검증하는 데 성공했다. 이번 연구 결과는 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스’ 8월 19일자에 실렸다. 연구팀은 양자물질의 파동성과 입자성을 실험적으로 조절해 측정할 수 있도록 한 ‘얽힌 비선형 광자쌍 광원’이라는 장치를 자체 개발했다. 지금까지는 양자입자의 파동성과 입자성을 하나씩만 측정할 수 있는 것으로 알려져 있었지만 연구팀은 이번에 개발한 장치로 양자 얽힘 정도를 조절해 파동성·입자성 모두를 하나의 장치로 측정할 수 있다는 점을 증명해 냈다. 이번 연구는 상보성 원리가 제시된 지 약 100년 만에 정량적으로 측정하는 데 성공했다는 평가를 받는다.

계절 변화에 따라 규칙적으로 번식지를 떠나 월동지에서 한 철을 난 뒤 되돌아오는 새들을 ‘철새’라고 한다. 갓 태어난 철새들도 때가 되면 이동하는 것에 대해 동물학자들은 생체 내비게이션이나 생체 나침반이 유전적으로 내재돼 있기 때문이라고 보고 있다. 독일 올덴부르크대 생물학·환경과학연구소, 물리학과, 뉴로센서연구센터, 프라이부르크 알베르트 루드비히대 물리화학연구소, 영국 옥스퍼드대 화학과, 미국 퍼듀대 의학화학·분자약리학과, 텍사스대 사우스웨스턴메디컬센터, 하워드 휴스 의학연구소, 중국 허베이 물리과학연구소, 허베이 첨단 자기생물학연구센터 공동연구팀은 철새 중 하나인 유럽울새를 연구한 결과 망막 속 단백질 중 하나가 생체 나침반을 만드는 데 중요한 역할을 한다는 것을 밝혀냈다. 철새에서 자성에 민감한 생체분자의 존재를 증명한 이번 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처’ 6월 24일자에 실렸다.때가 되면 떠났다가 돌아오는 철새의 생태는 많은 사람들의 궁금증을 자아냈다. 무언가가 유전되기 때문이라는 것은 막연하게 알고 있었지만 1950년대 독일 조류학자 구스타프 크레이머는 철새가 생체 내비게이션을 내장하고 있다는 분석 결과를 발표하면서 관련 연구들이 본격적으로 시작됐다. 그러던 중 1972년 독일 프랑크푸르트 괴테대 연구팀이 유럽울새를 분석해 철새들이 지구자기장을 인식할 수 있는 ‘생물 나침반’을 갖고 있다는 사실을 증명하면서 철새 이동 원리의 수수께끼가 금세 풀릴 것이라는 기대감이 커졌다. 그렇지만 철새의 생물 나침반을 만드는 것이 무엇인지에 대해서는 여전히 베일 속에 남아 있었다. 이런 상황에서 연구팀은 동식물에서 청색광을 감지해 24시간 주기의 ‘일주기성’을 인식하게 만드는 ‘크립토크롬’(CRY)이라는 단백질 성분에 주목했다. 연구팀은 유럽울새의 망막에 있는 ‘크립토크롬4’(CRY4)라는 단백질이 자기신호에 특히 민감하게 반응한다는 사실을 확인했다. 이 단백질은 자기장 변화를 감지해 양자역학 원리에 따라 신호를 증폭시킬 수 있는 ‘광(光)구동 화학반응’을 일으키는 것으로 확인됐다. 철새인 유럽울새의 CRY4 단백질은 가금류인 닭이나 텃새인 비둘기의 CRY4 단백질보다 자기장에 훨씬 더 민감하게 반응한다는 사실도 확인했다. 연구를 이끈 독일 올덴부르크대 헨리크 모우리첸 교수는 “CRY4 단백질이 지구자기장을 민감하게 감지할 수 있는 센서 역할을 하는 것으로 보인다”라며 “생물학 분야의 수수께끼 중 하나인 철새 이동 원리를 푸는 데 도움을 줄 수 있을 것”이라고 말했다. 과학자들은 이처럼 계절 변화에 맞춰 이동하는 철새들이 기후변화로 인해 줄어들고 있는 생물다양성 확보에 도움이 될 것이라는 기대감을 갖고 있었다. 그렇지만 스페인 카디즈대를 중심으로 독일, 이탈리아, 포르투갈, 영국, 폴란드 6개국 13개 연구기관이 참여한 국제공동연구팀이 네이처 6월 24일자에 발표한 연구 결과에 따르면 철새가 식물의 씨앗을 다른 지역으로 확산시켜 지구온난화로 인한 생물다양성 감소에 대응할 수 있을 것이라는 기대감은 접어야 할 것으로 보인다. 연구팀은 유럽 삼림지대가 주요 서식지인 46종의 이동성 조류와 81종의 다육식물 간 949개의 상호작용으로 연결된 13개 씨앗 확산망을 분석했다. 철새와 같은 이동성 조류가 씨앗을 다른 지역으로 옮겨 확산시킬 수 있는가를 본 것이다. 연구 결과 식물의 약 35%만 다른 곳으로 씨앗이 확산되는 것으로 나타났다. 조류를 통한 종자 확산에는 한계가 있다는 뜻이다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

구멍가게 이야기(박혜진·심우장 지음, 책과함께 펴냄) 문학 전공자인 두 저자가 전라남도 구멍가게 100여곳을 답사해 쓴 에세이. 몰락해 가는 골목상권 일부를 엿보고 인문학적 존재 방식으로 구멍가게의 과거와 현재를 들여다보는 시도였다. 가게 주인과 단골손님 인터뷰를 통해 마을 공동체의 구심점 역할을 하는 구멍가게의 가치를 재조명했다. 488쪽. 2만 8000원.세이 나씽(패트릭 라든 키프 지음, 지은현 옮김, 꾸리에 펴냄) 미국 탐사보도 전문 기자 패트릭 라든 키프가 1972년 영국 북아일랜드 벨파스트에서 발생한 ‘맥콜빌 피살 사건’을 추적한 논픽션. 이 사건을 통해 북아일랜드 폭력의 정치사를 풀어낸다. 588쪽. 2만 4000원.완경 일기(다시 스타인키 지음, 박소현 옮김, 민음사 펴냄) 미국 여성 작가 다시 스타인키가 완경기를 경험하고 그 의미를 되돌아보며 쓴 에세이. 과거 ‘폐경’으로 불렸던 완경에 대한 가부장제 사회의 단상을 집요하게 추적하고, 완경을 겪는 또 하나의 동물인 고래와 비교하며 어머니 세대의 인생을 되돌아본다. 368쪽. 1만 6800원.레지스탕스 사형수들의 마지막 편지(피에로 말베치·조반니 피렐리 엮음, 임희연 옮김, 올드벤 펴냄) 2차 세계대전 후반기 나치 독일과 이탈리아 파시스트에 맞서 싸운 이탈리아 레지스탕스 출신 사형수 201명의 편지를 엮었다. 556쪽. 2만 5000원.다세계(숀 캐럴 지음, 김영태 옮김, 프시케의숲 펴냄) 이론물리학자인 저자가 양자역학을 ‘다세계 이론’이라는 새로운 시각으로 설명한다. 우리가 사는 이 세계는 유일하지 않으며 매순간 서로 다른 세계들이 복제된 ‘평행우주’가 존재한다는 것이다. 조금씩 다른 여러 세계 속에 수많은 ‘나’가 살고 있을 가능성이 있다. 424쪽. 2만 5000원.미래 산책 연습(박솔뫼 지음, 문학동네 펴냄) ‘김승옥 문학상’을 받은 소설가 박솔뫼의 일곱 번째 장편 소설. 1982년 부산 미국 문화원 방화 사건을 소재로 다뤘다. 서로 다른 시간 속을 살아가는 ‘나’와 수미의 이야기를 우연히 들어선 산책길에서 운명적으로 느껴지는 사물과 사건을 만나듯 교차하는 방식으로 펼쳐낸다. 248쪽. 1만 3500원.

완벽한 암흑은 문학적 표현은 가능하지만 과학적으로 구현해 내기는 쉽지 않다. 양자역학에서도 입사되는 모든 파장대의 복사에너지를 완전히 흡수하는 실제로는 존재하지 않는 이상적인 물체를 가정하고 ‘흑체’라고 부르고 있다. 국내 연구진이 흑체는 아니지만 빛을 빠르게 흡수하는 초흡수 현상을 만드는데 성공해 주목받고 있다. 서울대 물리천문학부, 성균관대, 포스텍 공동연구팀이 빛을 빠르게 방출하는 초방사 현상을 거꾸로 돌려 모든 빛을 빠르게 흡수해버리는 초흡수 현상을 실험적으로 구현하는데 성공했다고 7일 밝혔다. 이번 연구결과는 광학 분야 국제학술지 ‘네이처 포토닉스’ 2일자에 실렸다. 빛을 빠르고 완벽하게 흡수하는 초흡수 현상이 가능하다면 식물의 광합성을 좀 더 잘 이해할 수 있으며 태양전지에서 빛에너지 수확효율을 높일 수 있고 광자를 이용한 양자정보처리 효율향상이나 천체관측을 위한 미세한 광신호 감지 등이 가능하다. 그렇지만 초흡수 현상은 빛이 빠르게 방출되는 초방사 현상에 가려져 지금까지는 관측 자체가 어려웠다. 또 특정 상태의 원자들이 강한 빛을 내는 초방사현상은 이미 실험적으로 구현되기도 했다. 이에 연구팀은 초방사와 초흡수 현상이 동일한 상태 원자들에서 나타날 수 있으며 시간역행적 과정이라는 점에 착안했다. 초방사 상태의 원자들을 제어해 시간을 되돌리듯 빛을 빠르게 흡수하는 초흡수 현상을 실험적으로 유도한 것이다. 시간역행을 위해서는 원자상태의 위상을 제어하는 기술이 이용됐다. 체스판 모양의 나노구멍 격자를 통과한 일부 원자들을 초방사를 일으킬 수 있는 양자역학적 중첩상태로 만든 뒤 원자상태의 위상을 주변 빛의 위상과 반대되도록 조절해 초방사를 되돌려 초흡수현상을 유도한 것이다. 연구팀은 실제로 10개 정도의 원자로 초흡수 현상을 구현해 일반 흡수보다 10배 정도 빠르게 빛을 100% 흡수하는 것을 관측했다. 특히 빛의 세기가 약할수록 흡수속도가 빨라지는 것이 관측됐다. 안경원 서울대 교수는 “이번 기술은 에너지 하베스팅이나 양자정보처리의 효율향상, 섬세한 광신호 감지를 통한 천체관측을 위한 기초자료가 될 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

국내 연구진이 한 번 충전으로 1000㎞를 달릴 수 있는 전기차 전지기술을 개발해 주목받고 있다. 1000㎞는 부산에서 북한 평양까지 직선 왕복 거리에 해당한다. 울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부 교수와 삼성전자 종합기술원 공동연구팀은 차세대 전지로 주목받는 ‘리튬공기 전지’의 내부소재를 교체해 리튬공기 전지의 고질적 문제인 수명 저하문제를 해결했다고 15일 밝혔다. 이번 연구결과는 에너지 재료과학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼즈’ 13일자 표지논문으로 실렸다. 리튬공기전지는 공기 중 산소를 전극물질로 사용하는 초경량 전지로 현재 각종 전자기기나 전기자동차에 쓰이는 리튬이온전지보다 10배 이상 에너지를 더 저장할 수 있는 것으로 알려져 있다. 이 때문에 차세대 자동차 경량전지로 관심을 끌고 있다. 문제는 산소를 전극으로 사용하다보니 전지가 작동하는 중에 활성산소가 과다하게 발생해 전지 수명이 떨어진다는 점이다. 연구팀은 리튬공기전지 내부에 들어가는 유기물질을 교체하는 방식으로 문제를 해결하기 위해 나섰다. 이를 위해 양자역학 모델링 기법을 이용해 이온과 전자 전도성이 높은 물질을 찾은 결과 망간이나 코발트를 포함한 페로브스카이트 구조의 세라믹 소재라는 것을 확인했다. 이에 연구팀은 리튬공기전지 내부 유기물질을 세라믹 소재로 교체하고 실험한 결과 에너지 저장 능력에는 변화 없이 10회 미만이던 충방전 수명이 100회 이상으로 개선된 것을 확인했다. 서동화 UNIST 교수는 “이번 연구는 차세대 전지로 주목받고 있는 리튬공기전지 상용화를 앞당길 수 있는 원천 소재기술을 개발했다는데 의미가 크다”라며 “특히 이번 기술은 리튬공기전지 뿐만 아니라 다른 전지분야에도 적용할 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

세계는 원자로 이루어져 있다. 일찍이 플라톤은 "우주는 왜 텅 비어 있지 않고 무언가가 존재하는가?" 하고 물었다. 물질의 기원에 관한 가장 원초적인 질문이었다. 물론 그러한 질문에 제대로 답할 만한 과학이 당시엔 없었다. 그러나 물질에 대해 가장 독창적이고 놀라운 주장을 한 사람이 나타났다. 기원전 4세기 그리스의 데모크리토스(BC 460 ~380)였다. 지식을 얻는 방법에 대해 “지식은 두 가지 방법으로 얻을 수 있다. 지성에 의해 타당한 추론을 얻을 수 있고, 다른 방법은 모든 감각을 정교하게 동원해서 얻어낸 자료를 통해 추론하는 것이다”라고 말한 데모크리토스는 물질의 본성에 대해 다음과 같이 갈파했다.“모든 물질이 더 이상 나눌 수 없는 작은 것, 곧 원자(atomon)로 이루어져 있으며, 이것이 바로 물질의 보이지 않는 가장 작은 구성요소로서, 세계는 무수한 원자와 공(空) 외에는 아무것도 존재하지 않는다.” 그는 또 원자를 설명하면서, 원자는 영원불변하며, 절대적인 의미에서 새로 생겨나거나 사라지는 것은 아무것도 없으며, 사물들이 안정되어 있고 시간이 흘러도 변하지 않는 까닭은 모든 원자들이 똑같은 크기를 갖고 자기가 차지하고 있는 공간을 꽉 메우고 있기 때문이라고 했다. 물론 오늘날 우리는 원자가 더 작은 입자들로 이루어진 보따리 구조라는 사실을 알고 있다. 따라서 데모크리토스가 말한 원자는 입자로 바꿔 생각해야 할 것이다. 어쨌든 데모크리토스가 말한 대로 물질을 계속 쪼개나가다 보면, 그 이름이 무엇이든 간에 물질의 최소 단위에 이르게 된다. 왜냐하면 물질을 무한히 쪼개나갈 수는 없기 때문이다. 양자론 개척자의 한 사람인 베르너 하이젠베르크는 그 최소 단위에 대해 이렇게 말했다. “우리는 여전히 옛 데모크리토스의 표상을 믿고 있었다. 한 마디로 ‘맨 처음 입자가 있었다’는 표상이었다. (...) 그러나 이런 표상이 틀린 것인지도 모른다. 물질을 계속 쪼개가다 보면 맨 나중에는 더이상 부분이 남지 않고 물질 속의 에너지가 변환될 것이며, 부분은 쪼개지기 전보다 작지 않을 것이다.” 현대 물리학은 물질의 최소 단위에 착상한 데모크리토스의 원자론에서부터 출발했다고 해도 과언이 아니다. 그래서 양자역학의 확립에 기여해 노벨 물리학상을 받은 리처드 파인만은 원자에 대해 이렇게 한 마디로 규정했다. “다음 세대에 물려줄 과학지식을 단 한 문장으로 요약한다면, ‘모든 물질은 원자로 이루어져 있다’는 것이다.” 이처럼 원자는 물질세계의 가장 기본적인 질료이자 현대 물리학의 화두이다. 현대문명의 총화인 컴퓨터, TV, 휴대폰 등 모든 전자기기들은 원자의 과학인 양자론 위에 서 있는 것들이다. 물리는 원자에서 시작하여 원자로 끝난다고 할 수 있다. 원자는 얼마나 클까? 원자의 크기는 대체 얼마나 될까? 전형적인 원자의 크기는 10^-10m다. 1억분의 1㎝란 얘기다. 상상이 안 가는 크기다. 중국 인구와 맞먹는 10억 개를 한 줄로 늘어놓아야 가운데 손가락 길이만한 10㎝가 된다. 각설탕만한 1㎝^3의 고체 속에는 이런 원자가 10^23개쯤이 들어 있다. 얼마만한 숫자인가? 지구의 모든 바다에 있는 모래알 수와 맞먹는 숫자이다. 그럼 원자핵의 크기는 얼마나 될까? 약 10^-15m다. 원자의 100,000분의 1 정도다. 그렇다면 원자의 크기는 무엇으로 결정되는가? 원자핵을 중심으로 돌고 있는 전자 궤도가 결정한다. 결론적으로 말하면, 원자는 그 부피의 10^-15(부피는 세제곱), 곧 1천조 분의 1을 원자핵이 차지하고, 그 나머지는 모두 빈 공간이라는 말이다. 이게 대체 얼마만한 공간일까? 원자가 잠실 야구장만하다면 원자핵은 그 한가운데 있는 콩알보다도 더 작다. 지구상의 모든 물질을 원자핵과 전자의 빈틈없는 덩어리로 압축한다면 지름 200m의 공을 얻을 수 있다. 자연은 원자를 제조하는 데 너무나 많은 공간을 남용했다고 해도 할 말이 없을 것 같다. 결국 물질의 크기는 원자핵의 둘레를 돌고 있는 전자에 달린 문제이지만, 원자의 구조에 대한 자세한 얘기는 또 다른 얘기이므로, 여기서는 이런 원자가 온 우주에 얼마나 있는가 하는 문제만 짚어보도록 하자. 자연에는 원소의 종류가 92가지 있고, 그중 수소가 양성자와 전자 하나씩으로 이루어진 가장 단순한 원소다. 그 다음 단순한 원소로 헬륨이 있다. 우주에서 가장 많은 원소는 수소인데 그냥 많은 것이 아니라 다른 모든 원소보다 압도적으로 많다. 질량으로 보면 70%, 원소의 양으로 보면 90%가 넘는다. 그 다음으로 많은 원소는 헬륨이다. 질량으로 28%, 원소의 양으로는 9%를 차지한다. 다른 원소는 모두 합해도 질량으로 2%, 원소의 양으로 0.1%에 지나지 않는다.수소와 헬륨을 합치면 우주 내 물질의 약 99%를 차지한다. 나머지 90종은 1% 미만이다. 그런데 지구는 사정이 좀 다르다. 지구 중심에는 철과 니켈이 풍부하지만 지각에는 산소‧규소‧알루미늄과 같은 원소들이 많다. 바다에는 수소와 산소가 풍부하고 대기는 질소와 산소가 대부분을 차지한다. 이는 철 이하의 원소들이 별 속에서 만들어지고 나머지 중원소들은 초신성이 폭발할 때 만들어져서 지구라는 행성을 형성했기 때문이다. 자연계에 존재하는 92개의 원소들의 이 같은 출생의 비밀을 갖고 있다. 수소와 헬륨 외의 모든 원소는 뜨거운 별 속에서 제조되어 초신성 폭발과 함께 우주 공간으로 흩뿌려지고, 그것들이 지구와 인간 등 뭇 생명체를 빚어냈던 것이다. 별이 우주의 주방인 셈이다. 지구를 벗어나 태양계로 나가면 우주와 비슷한 상황을 볼 수 있다. 태양은 태양계 전체 질량의 99.86%를 차지하는데, 그 대부분이 수소와 헬륨이다. 따라서 태양계 전체로 볼 때 가장 풍부한 원소는 수소와 헬륨이다. 그 다음으로 많은 원소는 산소이고 그 다음은 탄소이다. 우주 전체 원소들의 존재량 비와 비슷한 셈이다. 우주를 이루는 원자의 개수 그렇다면 이 우주에 원자의 개수가 얼마나 되는지 알아보기로 하자. 뜻밖에 간단한 방법으로 알 수 있다. 원자번호 1인 수소 원자의 경우, 1억 개를 한 줄로 늘어세워도, 그 길이는 1㎝를 넘지 않는다. 1억이라면 어느 정도의 숫자일까? 사과 한 알을 1억 배 확대한다면 그 크기가 지구와 같아질 만큼 큰 숫자다. 그러니 원자가 얼마나 작은지는 상상력을 아무리 동원해도 이해하기 힘들다. 도대체 누가 이런 크기를 쟀단 말인가, 하고 짜증이 날 정도다. 그렇다면 또, 그 원자의 무게는 그럼 얼마나 되는가? 아보가드로 수인 6*10^23개만큼 수소를 수소 1몰이라 하는데, 저울에 달면 1g이 나온다. 저 1g 수소의 개수는 지구상의 모든 모래알 수보다 많은 것이다.빅뱅 이후 태초의 우주공간을 가득 채운 물질이 바로 그런 수소다. 캄캄한 공간 속을 수소 구름들이 흘러다니는 풍경을 상상해보라. 그 수소 구름들이 중력으로 뭉치고 뭉친 끝에 마침내 태양과 같은 별을 탄생시킨 것이다. 오늘도 당신 머리 위에서 눈부시게 빛나는 저 태양 같은 별을 만들려면 수소 원자가 몇 개나 있어야 할까? 지수 법칙을 아는 중학생 수학 실력만 있어도 간단히 그 계산서를 뽑아볼 수 있다. 태양 질량 ÷ 수소 원자 질량 =수소 원자 개수 그 답은 약 10⁵⁷개이다. 이 숫자는 옛 인도 사람들이 갠지스 강의 모래알 수라고 말한 1항하사(10^52)보다 10만 배나 많은 수이다. 그러니까 이 숫자만큼의 수소 원자 알갱이들이 모이면 저런 엄청난 태양이 만들어지는 것이다. 그리고 저 태양이 없다면 이 너른 태양계 속에 인간은커녕 아메바 한 마리도 살아갈 수 없다. 물질의 오묘함이 아닐 수 없다. 우리 역시 저 별먼지에서 나온 물질의 조합체가 아닌가? 저런 태양이 각 은하마다 평균 2000억 개가 있고, 그런 은하가 관측 가능한 우주에 또 2조 개 정도 있는 걸로 알려져 있다. 그렇다면 이것들을 다 곱하면 온 우주에 있는 천체들의 원자 수가 나온다. 계산해보면 4*10^80이란 숫자가 나온다. 이것이 우주의 일반물질을 이루고 있는 원자의 개수이다. 그런데 우주는 일반물질이 차지하고 있는 비율이 4%밖에 안된다. 그 나머지는 이른바 암흑물질과 암흑 에너지가 차지한다. 에너지는 아인슈타인의 E=mc^2 방정식에 따라 물질로 치환할 수 있으니까, 여기에 다시 25를 곱하면 대략 온 우주의 원자 개수가 나오는 것이다. 그래서 나온 우주의 모든 원자 개수는 10^82승 개이다. 10^100승인 구골에는 한참 못 미치는 수다. 10^82승 개 원자들이 만드는 우주는 얼마나 물질로 충만해 있을까? 우주 공간의 1조분의 1 정도를 채우고 있을 뿐이라고 한다. 그래서 물리학자는 제임스 진스는 우주의 물질 밀도에 대해 “큰 성당 안에 모래 세 알을 던져넣으면 성당 공간의 밀도는 수많은 별을 포함하고 있는 우주의 밀도보다 높게 된다”고 말했다. 그러니 우주는 사실 텅 빈 공간이나 다를 바가 없다. 우리는 그야말로 색즉시공(色卽是空)의 세계 속에서 살고 있는 것이다. 참고로 우리 몸을 구성하는 원자의 종류는 약 60종이고, 그 개수는 약 10^28승 개이다. 그중 수소가 3분의 2(질량비는 10%)를 차지한다. 그리고 그 수소는 모두 빅뱅 공간에서 탄생한 것이다. 온 우주에서 수소를 만들 수 있었던 환경은 빅뱅 공간이 유일하기 때문이다. 그러므로 여러분은 138억 년 전 빅뱅의 유물을 몸으로 갖고 있다는 뜻이니, 우리 모두는 우주의 역사를 지닌 참으로 유구한 존재라 할 수 있다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

인간의 오감 중 시각과 청각이 가장 많이 사용되는 것 같다. 방송매체도 이 둘에 의존하고 있다. 라디오 신호에 처음 음악이 실렸던 것이 1906년이고 1929년 영국 BBC에서 최초의 TV방송 송출을 한 뒤 청각과 시각매체가 우리의 삶 깊이 들어와 있다. 반면 후각, 미각을 전달해 주는 매체는 아직 없다. 후각을 전달하려면 일단 인공 코가 만들어져야 하고 이를 신호로 바꾼 후 다시 우리 코로 전달해야 하는데 라디오나 TV처럼 쉽게 될 것 같지는 않다. 인간은 390여개의 후각 수용체를 갖고 있어 다양한 냄새를 구분한다. 인간의 눈에 세 종류의 시각 수용체가 있는 것에 비해 훨씬 다양한 냄새를 구분할 수 있다는 것을 의미한다. 개는 800여개의 수용체 유전자를 가지고 있고 쥐나 소는 1100여개를 가지고 있다고 한다. 그럼 우리는 과연 어떻게 냄새를 구분할까.첫 번째는 특정 분자가 후각 수용체에 결합하면 수용체가 분자 구조를 읽어내 냄새를 구분한다는 것이다. 자물쇠가 맞는 열쇠에 의해서 열리는 것처럼 수용체에 잘 끼워지는 분자들을 선별한다는 이론이다. 그런데 그런 방식만으로는 후각의 실체를 완전히 설명하기가 어렵다. 청산가리라는 독약은 구수한 아몬드 향이 나는 것으로 알려져 있다. 그런데 아몬드 향을 내는 분자와 청산가리의 화학적 구조는 완전히 다르기 때문에 구조를 통해 냄새를 구분한다는 이론은 한계가 있다. 화학 구조를 읽어내는 또 다른 방법은 분자가 갖고 있는 고유진동수를 읽어내는 방식이다. 분자는 특정 주파수의 빛은 잘 흡수하고 화학자들은 그 주파수들을 분석함으로써 분자의 구조를 읽어낸다. 그러나 콧속에서 특정 주파수의 빛이 나오지도 않고 어두운 곳에서도 냄새를 맡을 수 있으니 이 방법도 아닌 것 같다. 그럼 어떤 방식이 또 있을까. 여기에 양자역학이 등장한다. 우리가 평소에 경험하는 세계에서는 장벽이 있으면 물체가 그 장벽을 통과할 수 없는데 분자, 원자 등 미시의 양자역학 세계에서는 물체가 장벽을 넘어갈 확률이 있다는 것이다. 테니스 공으로 벽치기 훈련을 하는데 갑자기 공이 벽을 뚫고 지나가는 것과 같은 현상이 일어난다는 것이다. 이런 현상을 양자터널 현상이라고 한다. 양자역학은 후각과 어떻게 연관이 될까. 후각 수용체에 냄새 분자가 들어올 때 수용체에서의 전자가 양자터널 현상을 일으키게 되는 것을 이용해 냄새 진동수를 구분하고 이를 통해 냄새를 구분한다는 학설이 최근 제시되고 이를 검증하는 실험들이 이뤄졌다. 어쩌면 우리는 위의 두 방식을 모두 이용하고 있는지 모르겠다. 열쇠와 같은 방식과 좀더 신비스러운 양자터널 현상을 같이 이용해서 세상의 온갖 냄새를 구분하는 것인지도 모르겠다. 시각을 이용한 미술이 있고 청각을 이용한 음악이 있다. 이런 예술들은 매우 객관적으로 전달할 방법이 있다. 그런데 후각을 객관화하기는 아직 어렵고 이를 누구에게나 명확하게 표현하는 것 또한 어렵다. 그렇지만 후각에 대해 정확히 이해하게 되면 후각도 정량화할 수 있을 것이고 미술학과, 음악학과처럼 후각학과가 21세기 후반에는 만들어질 수도 있을 것이다. 물론 이 학과에서는 양자역학과 화학구조식을 기본으로 가르쳐야 할 것이다. 양자역학 하면 ‘슈뢰딩거의 고양이’를 많이 떠올린다. 앞으로는 양자역학에 더 적합한 동물은 쥐, 소, 개가 돼야 할지도 모르겠다. ‘우리는 아직도 많은 것을 모르고 있구나’란 생각이 드는 여름날이다.

독일 막스플랑크 양자광학연구소 과학자들이 세상에서 가장 얇고 가벼운 거울을 만드는 데 성공했다. 이 연구소의 데이빗 웨이를 비롯한 연구자들은 2톤이 넘는 복잡하고 거대한 광학 장비를 이용해서 7마이크로미터(㎛) 지름의 거울을 만들었다. 두께는 수십 나노미터에 불과하다. 지름은 사람 적혈구와 비슷하지만, 두께는 1/100에 불과한 수준이다. 당연히 사람 눈으로는 볼 수 없는 초미세 거울이다. 사실 물체를 작고 얇게 가공하는 기술은 이미 많이 발전해서 손톱 크기의 반도체 안에도 수십억 개 이상의 트랜지스터를 집적할 수 있다. 심지어 원자를 하나씩 원하는 위치에 배열해 글자나 그림을 만들 수도 있다. 하지만 이렇게 만든 초미세 구조물이 빛을 반사하거나 굴절시키는 것은 또 다른 문제다. 우리가 일반적으로 거울에 사용하는 물질들은 너무 얇게 만들면 빛을 반사할 수 없다. 연구팀은 동일한 원자 수백 개로 이뤄진 메타물질(metamaterial)을 이용해 이 한계를 극복했다. 메타물질은 자연계에 존재하지 않는 특징을 지닌 특수한 물질로 빛이나 음파와 반응하는 성질이 뛰어나다. 연구팀은 원자를 한 층으로 연결해 만든 2차원 메타물질을 격자무늬로 배치해 극도로 얇은 크기에도 레이저의 경로를 바꿀 수 있게 만들었다. (사진) 하지만 이 연구의 궁극적인 목적은 매우 가볍고 얇은 거울을 만들기 위한 것이 아니라 일반적인 상황에서는 발생하지 않는 양자광학 현상을 연구하는 데 있다. 빛과 물체의 상호작용을 양자역학적 관점에서 설명하는 양자광학은 미래 양자 기반 정보 시스템과 기기 개발에 중요한 역할을 할 것으로 예상된다. 연구팀은 이 기술을 통해 양자 제어 기술을 포함한 관련 기술을 발전시킬 수 있을 것으로 기대하고 있다. 당장에 실용화될 수 있는 분야는 아니지만, 이런 기초 연구를 통해 양자광학과 양자 정보 기기가 우리의 삶을 변화시키는 날이 올지도 모른다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

양자역학을 활용해 기존 인공지능(AI) 기술을 뛰어넘는 양자 인공지능 알고리즘이 개발됐다. 독일 사이버네틱스사, 카이스트 전기전자공학부, AI양자컴퓨팅 IT인력양성연구센터, 남아프리카공화국 콰줄루나탈대 화학물리학부, 국립이론물리학연구소 공동연구팀은 기존 인공지능의 성능보다 뛰어난 비선형 양자 기계학습 인공지능 알고리즘을 개발했다고 7일 밝혔다. 이번 연구결과는 네이처 출판그룹에서 발행하는 정보통신분야 국제학술지 ‘양자정보’(npj Quantum Information)에 실렸다. 양자 AI는 양자컴퓨터의 발전과 함께 현재 AI를 앞설 것으로 기대되고 있지만 연산 방법이 달라져 새로운 양자 알고리즘 개발이 필요하다. 연구팀은 학습데이터와 테스트데이터를 양자정보로 만든 뒤 양자 정보의 병렬 연산을 가능케 하는 양자포킹 기술과 간단한 양자 측정기술을 조합해 계산할 수 있는 비선형 커널 기반 양자 알고리즘 시스템을 만들었다. 인공지능 기계학습에서 가장 중요한 것은 주어진 데이터의 특징을 구분해 분류하는 것이다. 문제는 데이터 특징만으로 데이터를 분류하기 쉽지 않다면 새로운 특성을 찾아 분류할 수 있는 비선형 커널 기술이 필요하다. 연구팀은 양자컴퓨팅의 장점을 활용해 기하급수적 계산 효율성을 높이는 양자 기계학습 알고리즘을 개발했다. 연구팀은 실제로 IBM 클라우드 서비스를 통해 실제 양자컴퓨터에서 양자 지도학습을 실제 시연하는데 성공했다. 이준구 카이스트 전기전자공학부 교수는 “이번에 개발한 양자 지도학습 알고리즘은 적은 계산량만으로도 연선이 기능하기 때문에 대규모 계산량이 필요한 현재 인공지능 기술을 추월할 가능성을 제시했다는 점에 있어서 의미가 크다”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

최근 개인정보가 유출돼 자신도 모르는 사이에 돈이 빠져나갔다는 뉴스가 종종 나온다. 개인정보가 새 나가면 한 번에 수천만명까지도 털리곤 하니, 누구도 자신의 개인정보가 완벽히 보호되고 있다고 장담하기 어려울 것이다. 마지막 방어선은 개인 비밀번호인데, 개인정보를 악용하려는 범죄자들이 암호화된 정보는 뚫지 못하길 바랄 뿐이다. 하지만 컴퓨터 암호 체계에는 심각한 약점이 존재한다. 간첩이 들키지 않고 정보를 전달하기 위해 난수표를 사용하듯 컴퓨터도 암호를 만들기 위해 난수에 의존한다. 그러나 알고리즘에 따라 정해진 값을 내도록 만들어진 디지털 컴퓨터는 진정한 난수를 만들지 못한다. 이 때문에 자칫하면 수백년이 걸려야 해독할 수 있다는 암호도 순식간에 뚫릴 수 있다. 이 약점을 보완하기 위해 물리적인 현상을 이용해 진정한 난수를 만들려는 노력이 진행되고 있다. 현재 많이 연구되는 방법은 양자역학적 현상을 이용하는 것이다. 양자역학에 따르면 사건이 일어날 확률은 계산 가능하지만 그 확률 내에서 사건 자체는 무작위로 일어난다. 그 대표적인 사례가 방사성 동위원소다. 방사성 동위원소의 핵은 정해진 시간 동안 일정 확률로 붕괴하지만 실제로 붕괴할지는 철저히 무작위다. 이처럼 양자역학을 이용하는 진성 난수 발생기가 보편화되면 우리도 조금은 안심해도 좋을 것이다. 하지만 기껏 기억하기 어려운 비밀번호를 만들어 놓고 모니터 옆에 붙여 놓으면 ‘말짱 도루묵’이다. 박승일 한국원자력연구원 융복합양자과학연구소장

‘스타트랙’은 국내에서는 유명하진 않지만 전 세계 SF팬들이 사랑하는 작품 중 하나이다. 1966년 TV드라마로 처음 방송되기 시작한 이후 영화로도 많이 만들어지면서 SF의 전설이라고까지 평가받고 있다. 스타트랙을 대표하는 가장 유명한 대사는 “Beam me up, Scotty”(스카티, 날 전송해주게)이다. 커크 함장이 다른 곳에서 엔터프라이즈호로 귀환하려고 할 때마다 외치는 명령이다. 스타트랙에서 사람을 먼 거리까지 순간이동시키는 텔레포테이션 기술은 SF에서나 존재하는 것으로 알려졌지만 최근 과학자들이 전자를 텔레포테이션하는데 성공했다. 미국 로체스터대 물리천문학과, 채프먼대 양자연구소, 퍼듀대 물리천문학과, 나노기술센터, 재료공학부, 전기컴퓨터공학부 공동연구팀은 하나의 물질을 멀리 떨어진 다른 곳으로 이동시키는 텔레포테이션 기술이 양자역학의 아원자 세계에서는 가능하다고 21일 밝혔다. 이번 연구결과는 기초과학 및 공학분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 실렸다. 연구팀은 이번 연구에서 밝혀낸 텔레포테이션 기술은 SF에서 등장하는 것처럼 물질 자체를 이동시키는 것이 아니라 정보를 옮기는 것이라고 밝혔다. 과학자들은 지난해 빛 알갱이라고 부르는 광자(光子)가 물리적으로 연결돼 있지 않은 상태에서도 컴퓨터 칩 사이에서 정보를 전달할 수 있다는 사실을 확인했다. 연구팀은 이번에는 전자들 사이에서도 텔레포테이션이 가능하다는 것을 보여줬다.양자 텔레포테이션은 양자역학에서 흔히 양자얽힘이라고 알려져 있다. 다른 입자와 멀리 떨어져 있는 한 입자의 특성이 변할 때 순간적으로 동시에 다른 입자에 영향을 미치는 현상을 양자얽힘이라고 한다. 특히 양자 순간이동에는 멀리 떨어진 두 개의 입자가 관여하는데 세 번째 입자가 즉시 두 개의 얽힌 입자에 상태를 전송하는 것이다. 연구팀은 전자를 이용한 양자 텔레포테이션을 실험하기 위해 하이젠베르그 교환결합 원리를 바탕으로 한 기술을 활용했다. 특정 종류의 입자의 양자회전상태를 갖도록 한 뒤 정보에 해당하는 스핀상태를 텔레포테이션하는 실험을 한 것이다. 그 결과 멀리 떨어져 있는 전자의 스핀상태를 동일하게 만들어 양자얽힘 상태를 만들 수 있다는 것을 확인해 양자 텔레포테이션을 증명했다. 존 니콜 로체스터대 물리학 교수는 “이번 기술은 멀리 떨어져 있는 전자들 사이에서도 양자-기계적 상호작용이 가능하다는 것을 제시함으로써 더 빠르고 효율적인 프로세서와 센서기술을 만들어 양자컴퓨터를 현실화시키는데 도움이 될 것”이라며 “양자 텔레포테이션이 장시간 유지될 수 있도록 안정화시키는 것이 다음 단계”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr