자.. 계속해서 과학 인사이드 이어갑니다. 
과학스토리텔러, 
웹진 인저리타임의 조송현 대표와 함께 하죠.
대표님 안녕하세요?
 
안녕하세요?

Q1. 이 시간에는
현대과학의 정수, 양자론의 세계로
여행을 떠나보고 있습니다. 
상식과 직관을 뛰어넘는 
양자론 오디세이..
지난시간까지
보어-아인슈타인 논쟁
그리고 
그 핵심에 해당하는
EPR 논쟁까지 아주 열심히 
달렸는데..
자, 오늘은 
잠시 쉬어가는 의미로..
막간이슈를 준비하셨다고?
어떤 얘기 좀 나눠볼까? 

> 네. 우리가 양자론 오디세이, 
첫 걸음을 뗀 게 
반 년 전입니다. 
6개월 동안 쉬지 않고 달려왔는데..
마침 올해 노벨물리학상이 
바로 양자역학 연구자들에게 
돌아갔어요. 
양자 역학 가운데도 
가장 신비로우면서도 본질적인 특성이라고 
할 수 있는 양자 얽힘에 관한 연구로
노벨상을 받았는데..
수상자 가운데 한 분은 
지난 시간에
언급이 됐던 분이기도 하거든요.
그래서 
오늘은 올해, 2022년 노벨물리학상 
수상자와 이들의 연구업적에 관한
얘기를 좀 나눠볼까 해요. 

Q2. 네. 지난시간에 언급됐던
분이라.. EPR 삼총사나 보어는 
일찍감치 세상을 떠났으니까
아닐테고.. 아마도 EPR 논증을 실제 실험으로 
검증해낸 이들 가운데 한 명이겠죠?

-> 바로 맞추셨습니다.  
올해 노벨물리학상 수상자는 
프랑스의 알랭 아스페, 
미국의 존 클라우저, 
오스트리아의 안톤 자일링거 등 세 사람인데요.
‘얽힌 광자 실험, 벨 부등식 위반 규명 및 
양자정보과학 개척’ 업적을
인정을 받았습니다. 

이 가운데 알랭 아스페의 
이름이 지난 시간에 등장했었죠. 
EPR 논쟁에 종지부를 찍고 
얽힘 현상을 확인한 실험인 
‘아스페 실험’의 주인공이었습니다. 

노벨위원회의 발표를 보면 
아스페, 클라우저, 자일링거 순으로 
언급이 되는데.. 
프라이즈 세어, 
즉 기여도와 상금 배분은 각 1/3로 꼭 같습니다. 
물론 연구 내용적으로는 
조금 차이가 있습니다. 
순위를 매길 수 없는, 
약간 시간적인 단계라고 할까요.

Q3. 네. 세 분이 공동연구를 
수행하거나 그런 건 아니고..
각각의 연구가 공통업적으로 
인정을 받은 건데..
하나씩 좀 짚어볼까요? 

-> 네. 먼저 클라우저 교수는 ‘얽힌 광자’ 실험을 
맨 처음 성공한 성과를 올렸는데요. 1972년입니다. 
이 얽힌 광자 실험에서 ‘벨 부등식’의 위반을 확인했죠. 
여기서 ‘벨 부등식’은 
저번 시간에 소개한 대로 EPR의 사고실험을 
실험적으로 규명하는 수학공식으로 
이를 위반한 결과는 곧 두 입자가 연결되어 있다, 
다른 말로 ‘얽혀 있다’는 증거인 거죠. 
그런데, 클라우저의 실험은 
존 벨의 아이디어를 물리학적 실험으로 이행하는 데 
성공했다는 의미는 컸지만 
약간의 루프홀이 있었어요. 
루프홀이란 실험에서 한계, 허점을 말합니다. 

클라우저 실험의 루프홀을 막고 혹은 닫고 ‘
얽힌 광자’ 실험에 성공한 연구자가 
바로 알랭 아스페입니다. 
클라우저 실험 10년 뒤인 1982년의 일이죠. 

Q4. 네. 클라우저가  존 벨의 아이디어를 발전시켜 
실제 실험을 해보였고, 
아스페는 클라우저 실험이 지닌 
치명적인 허점을 보완해 
더욱 정교하고 완전하게 발전시켰다..
이 말씀인데..
나머지 한 분, 
안톤 자일링거는 어떤 역할을 했나요?  두 사람과 약간 다른 실험을 했다죠?

-> 자일링거는 앞 선 두 사람과는 
조금 다른 실험을 했어요. 
클라우저와 아스페가 이론을 실험으로 확인했다면 
자일링거는 응용가능성을 확인했다고 볼 수 있는데요. 
SF영화에서나 볼 수 있는 양자순간이동(quantum teleportation) 실험을 
시연한 것입니다. 
양자 얽힘을 이용해 양자 상태를 
멀리 떨어진 다른 입자로 이동하는 실험이죠.  
이게 1998년이었습니다. 

Q5. 와우, 순간이동이라니 그야말로 
SF와 현실의 경계가 허물어지는 느낌인데..
하지만 저도 어렴풋하나마
감이 좀 잡히는 것 같아요. 
이게 실제로 이동이 일어나는 건 아니고..
양자 얽힘을 통해 
양자의 상태가 
멀리 떨어진 다른 입자에서 
구현되는 거다..이 얘기죠? 맞나요? 

-> 네. 바로 맞습니다. 
그동안의 여정이 
헛되지가 않았네요. 
저도 보람이 느껴지는데..
이렇게 양자얽힘을 통해 
순간이동과 다름없는 효과를 
실제로 구현해낸 게 
바로 자일링거의 실험이었습니다. 

다시 올해 노벨상 이야기로 돌아가서..
노벨위원회는 
이번 물리학상 수상자들의 연구업적에 대해 
이런 의미 부여를 했습니다. 
 
물리학 분야 노벨위원인 한스 한손 교수의 말인데요. 
“This work has made clear what quantum mechanics really means”
“수상자들의 연구가 양자역학이 진짜 의미하는 바가 
무엇인지를 분명히 보여줬다.”

그러니까 양자 얽힘이라는 현상이 
비과학적인 신비로운 얘기라거나 
잘 봐주어야 이론 수준의 얘기에 머무는 곁가지가 아니라 
양자역학의 본질적인 영역이라는 겁니다. 
이게 양자역학이다.. 바로 이 얘기죠. 

Q6. 실제로 실험을 통해서
'순간이동'까지 구현해 냈다니까..
더 말할 나위가 없겠네요. 
양자 역학이 
이제 새로운 국면으로 
접어드는 것 같아요.   

-> 그렇습니다. 노벨위원회는 이번 물리학상 선정의 의미를 
보도자료를 통해 공식 발표했는데, 
그 제목이  ‘Entangled states – from theory to technology’입니다. 
‘얽힘 상태, 이론에서 기술로’ 쯤 되겠지요. 
신비롭게만 여겨졌던 양자 얽힘이 
이론에만 머무는 게 아니라 기술로 즉, 
생활기술로 응용될 수 있는 가능성을 보여준 게 
바로 이번 노벨물리학상 수상자들의 연구라는 얘기입니다.

Q7. 이를테면 양자컴퓨터 같은 기술 말이죠? 

-> 네. 훌륭합니다.   
양자컴퓨터, 양자네트워크, 
그리고 양자순간이동을 통한 
양자보안통신 같은 기술이 
실제로 가능해진 거죠. 

개인적으로는 영화 ‘스타트렉’에서와 같이 
사람을 순간이동 시키는 기술도 
아주 먼 미래에는 
구현이 될 수 있지 않을까.. 하는 생각도 
해 봅니다. 

안드레스 이르백 노벨물리학상 위원회 의장도 
“새로운 양자기술의 부상이 명확해지고 있다”면서 
“이번 노벨상 수상업적인 얽힌 상태 연구가 핵심”이라고 
말했습니다.

Q8. 네. 그간의 업적에 대한 평가 뿐만 아니라 
앞으로 펼쳐질 미래에 대한 기대가
한껏 느껴지는데..
영예의 노벨상 수상자들..
수상소감도 궁금합니다.  

-> 네. 노벨위원회 홈페이지에는 이들의 인터뷰가 올라 있는데요, 
알랭 아스페는 
“결론은, 양자역학이 가능한 모든 공격에 견뎌내었다!”고 했습니다. 
자신의 실험이 EPR의 공격에 종지부를 찍었다는 의미를 담은 것 같습니다. 
클라우저는 반어법으로 표현했는데요, 
“그동안 시간 낭비가 이만저만이 아니었지, 
이제부터 진짜 물리학을 시작할 때지.”라고 했네요. 
아마도 얽힘이 이론을 넘어 응용기술로 확립됐다는 데 대한 
자신감의 표현이라고 여겨집니다. 
자일링거는 “양자역학은 지금까지 개발된 이론 중에서 
가장 아름다운 이론”이라고 양자역학 예찬론을 폈습니다

사실.. 제가 학부와 대학원 석사과정을 다닐 때만 해도 
얽힘을 알지 못했습니다. 
그 후 EPR 논쟁과 아스페 실험을 보고 엄청 충격 받았는데..
이렇게 노벨상 수상까지 이어진 거 보고
저도 감회가 새롭습니다.  
우주는 우리가 생각하는 것보다 
훨씬 더 신비롭다는 사실을 새삼 느끼게 됩니다.

Q9. 네. EPR논쟁을 비롯해서 
양자론에 대한 의구심은 
이제 완전히 씻긴 것 같구요.
이제부터 양자론의 시대가 
본격적으로 열리는 느낌인데..
자.. 다음 주부터 
그 새로운 시대의 이야기..
계속 이어가보도록 하구요. 
오늘은 여기까지 해야겠습니다. 

지금까지 과학인사이드
조송현 대표였습니다. 
감사합니다. 

<pinepines@injurytime.kr>

<pinepines@injurytime.kr>