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▲ 양자컴 개발에 큰 영향…호주 연구진, ‘58년 난제’ 우연히 풀었다
나인뉴스 등 호주 매체에 따르면, 뉴사우스웨일스대(UNSW) 등 연구팀이 전기장만을 사용해 단일원자의 핵을 제어하는 기술을 개발했다. 이 기술은 1981년 노벨 물리학상을 받은 네덜란드 물리학자인 니콜라스 블룸베르헨 박사가 1961년에 세웠던 가설을 입증한 것이다.
연구 공동저자로 UNSW의 빈센트 모리크 박사는 “우리는 원래 금속원소인 안티몬의 단일원자에 자기공명을 시도했었다. 그런데 실험을 시작하자 뭔가 잘못됐다는 것을 알았다”면서 “이 원자 핵은 어떤 주파수에서 반응하지 않지만 또다른 주파수에서는 강한 반응을 보이는 등 매우 이상하게 행동했다”고 말했다.
이와 함께 “이런 결과는 잠시 우리를 어리둥절하게 했다”면서 “이는 자기공명 대신 전기공명이 일어나고 있는 것임을 깨닫고 유레카를 외칠 수 있었다”고 말했다.
연구 책임저자로 양자컴퓨팅 전문가이기도 한 안드레아 모렐로 교수도 이 기술은 양자역학에 관한 여러 기회를 열어줄 것이라고 밝혔다. 그는 “이 발견은 이제 우리가 단일원자의 핵 스핀을 이용해 양자컴퓨터를 만들 길을 열었다는 것을 뜻한다”면서 “게다가 우리는 이런 기술을 정교하고 정밀한 전기장· 자기장 센서로 쓰거나 양자역학의 근본적인 질문에 답할 수도 있다”고 설명했다.
양자컴퓨팅은 컴퓨터가 극도로 정교한 방법으로 정보를 다룰 수 있도록 하는 방법으로, 오늘날 슈퍼컴퓨터보다 강력한 계산능력을 제공하는 것을 목표로 한다.
연구진에 따르면, 핵 스핀을 자기장 대신 전기장으로 제어하면 광범위하게 활용할 수 있다. 이들 연구자는 자기장을 생성하려면 거대한 코일과 높은 전류가 필요한데다가 자기장을 작은 공간에 놓기가 어렵지만, 전기장은 작은 전극의 끝부분에서 생성될 수 있어 원자는 나노전자 장치 안에서도 쉽게 제어할 수 있다고 지적했다.
또 모렐로 교수는 이번 발견으로 의학과 화학 그리고 광업에서 쓰이는 핵자기공명(NMR) 기술의 패러다임이 흔들렸다고 밝혔다. 그는 “의사는 NMR 기술을 환자 몸속을 아주 세밀하게 관찰하는 데 쓰지만, 광산 회사에서는 이를 암석 표본을 분석하는 데 쓴다. 이 모든 것은 매우 잘 작동하지만, 특정 용도의 경우 자기장을 사용해 핵을 제어하고 검출해야만 하는 필요성은 단점이 될 수도 있다”고 말했다.
이어 이 획기적인 결과는 또다른 발견과 응용이라는 보물창고를 열 것이라고 덧붙였다. 그는 “우리가 만든 이 시스템은 우리가 매일 겪는 고전 세계가 양자 영역에서 어떻게 나타나는지를 연구하는 데 충분한 복잡성을 지녔다”면서 “게다가 우리는 이 시스템의 양자 복잡성을 이용해 엄청나게 감도가 향상한 전자기장 센서를 만들 수 있고 이 모든 것은 실리콘으로 만든 단순한 전자 장치로 금속 전극에 적은 양의 전압으로 제어된다”고 설명했다.
자세한 연구 성과는 세계적 학술지 ‘네이처’ 최신호(11일자)에 실렸다.
사진=UNSW
윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr
