GIST 함병승 교수, 레이저 이용한 고전적 방법으로 구현할 수 있는 '새로운 양자이론 제시'

광주과학기술원(GIST, 임기철 총장)은 양자메모리 분야 석학인 전기전자컴퓨터공학부 함병승 교수가 양자역학의 핵심 현상 중 하나인 ‘양자센싱’과 ‘비국소적 양자상관성’에 대한 새로운 이론을 제시했다고 1일 밝혔다.

‘양자센싱(Quantum Sensing)’은 레이저를 목표물에 비춘 후 반사되는 빛을 감지해 사물과의 거리 및 물성을 감지하는 기술로, 도로 위 타이어나 어두운 밤길에 옷 식별 등 빛 반사도 낮은 물체를 정확히 탐지하는 데 활용된다.

천체/바이오/의료 이미징, 레이다, 라이다 등 다양한 기술 분야의 핵심 미래기술에 속한다. ‘비국소적 양자상관성’은 양자 기술의 가장 중요한 핵심기술로 어떠한 고전적 방법으로도 불가능한 양자현상, 즉 통상 EPR 패러독스로 알려져 있다.

입자가 둘로 나누어질 때 전자와 양전자의 스핀은 서로 반대 방향 이어야 한다.그래서 전자의 스핀방향 정보를 양전자에 전달해야 하는데, 멀리 떨어져 있어도 바로 전달돼 정보 전달 속도가 광속보다 빠르다.

즉, 시공간적으로 멀리 떨어진 두 물리계 사이에 한쪽의 변화가 즉각적으로 다른 쪽 변화에 영향을 미치는 양자현상으로 알려져 있다.

함병승 교수는 최근 발표한 ‘양자지우개’*의 선형광학을 이용한 위상조절변환을 통해 고전적 해상도를 초월하는 ‘양자센싱’과 ‘비국소 양자상관성’을 종래의 얽힘광자에 기초한 양자적 방법이 아닌, 통상의 레이저를 이용한 고전적 방법으로도 구현할 수 있는 방법을 제시해 양자기술의 새로운 지평을 개척했다.

* 양자지우개: 양자역학에서 머릿속 생각으로 진행하는 사고실험(Thought experiments) 중 하나로, 양자가 지닌 ‘파동-입자 이중성’과 불확정성 원리에 대한 특성을 보여주며 양자의 특성을 측정하거나 감시하는 행위가 양자의 행동에 어떤 영향을 미치는지를 밝히는 데 사용된다.

함병승 교수는 “양자역학의 토대가 되는 측정에 대한 이해를 명확히 해야만 비로소 양자얽힘의 신비함을 과학적으로 이해할 수 있다”며 “궁극적으로 현재 통용되는 고전적 광학기술과 양립하는 미래 양자정보기술의 토대가 될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 ITRC 양자인터넷 사업과 GIST 연구개발사업의 지원을 받아 수행됐으며 국제학술지 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’에 2024년 1월 19일 온라인으로 게재됐다.

한편 글로벌 학술정보분석기업인 엘스비어(Elsevier)가 1960년부터 2022년까지의 논문 피인용도에 따른 영향력을 분석한 결과에 따르면 함병승 교수는 물리학·천문학(Physics & Astronomy) 중 광학(Optics) 분야에서 세계 상위 0.92%(자기 인용 제외)에 오른 바 있다.