양자역학의 새 지평을 열다
2025년 노벨 물리학상이 양자역학의 기초를 다지고 양자컴퓨터 시대를 열었다고 평가받는 존 M. 클라크, 미셸 드보레, 존 마티니스 세 과학자에게 돌아갔습니다. 이들은 40여 년 전, 미시 세계에서만 가능하다고 여겨졌던 양자역학적 현상을 거시적인 전기 회로에서 실험적으로 구현하며 미래 양자 기술 발전의 핵심 토대를 마련했습니다. 이번 수상은 양자역학 탄생 100주년을 기념하는 해에 이루어져 더욱 의미가 깊습니다.
거시 세계에서 양자 현상을 증명하다
세 학자가 공동으로 노벨상의 영예를 안은 핵심 연구는 1980년대 중반에 이루어졌습니다. 당시 물리학계는 입자가 많아지거나 시스템의 크기가 커지면 양자역학적 효과가 사라지고 고전적인 물리 법칙이 지배한다고 여겼습니다. 하지만 이들은 초전도체로 만들어진 미세한 전기 회로, 특히 ‘조셉슨 접합’이라는 구조를 활용하여 전류가 흐르지 않는 상태에서도 입자가 에너지 장벽을 통과하는 ‘양자 터널링’ 현상을 거시 세계에서 성공적으로 관측했습니다. 또한, 시스템이 특정한 에너지 값만 흡수하거나 방출하는 ‘에너지 양자화’ 현상도 입증하며, 해당 회로가 고전 물리가 아닌 양자역학 법칙을 따르고 있음을 명확히 보여주었습니다.
각자의 자리에서 양자 혁명을 이끌다
이번 수상자들은 각기 다른 분야에서 양자 기술 발전에 지대한 공헌을 했습니다.
존 M. 클라크 교수는 이러한 양자 터널링 현상을 실험적으로 증명하는 데 선구적인 역할을 했습니다. 그는 또한 과학 연구에 대한 꾸준한 정부 지원의 중요성을 강조하며, 정치적 상황으로 인해 연구 예산이 삭감되는 것에 대한 우려를 표명하기도 했습니다. 그의 비판은 기초 과학 연구가 장기적인 관점에서 얼마나 중요한지를 다시 한번 상기시킵니다.
미셸 드보레 교수는 예일대학교 교수이자 구글 양자 AI의 수석 과학자로서, 양자 시스템의 안정성을 높이고 오류를 줄이는 연구를 통해 양자컴퓨터의 실용화 가능성을 높이는 데 기여했습니다. 그의 연구는 양자 정보 처리 기술 발전에 중요한 영향을 미쳤으며, 구글의 최첨단 양자 칩 ‘윌로우’ 개발에도 참여했습니다.
존 마티니스 교수는 구글에 합류하여 ‘양자 우위’ 달성을 목표로 양자 하드웨어 개발을 이끌었습니다. 2019년, 그의 팀은 53큐비트 양자 프로세서를 활용해 기존 슈퍼컴퓨터로는 수천 년이 걸릴 문제를 단 몇 분 만에 해결하는 획기적인 성과를 거두었습니다. 이는 양자컴퓨터의 잠재력을 보여주는 중요한 이정표였습니다.
미래 기술의 문을 열다
이들의 40년 전 기초 연구는 오늘날 양자 컴퓨터, 양자 암호, 양자 센서 등 미래 사회를 바꿀 핵심 기술들의 탄생을 가능하게 했습니다. 특히, 구글이 보여준 ‘양자 우위’ 달성 사례는 기초 과학 연구가 어떻게 혁신적인 응용 기술로 이어질 수 있는지를 명확히 보여줍니다. 세 수상자의 연구는 이론에 머물렀던 양자역학을 현실 세계의 기술로 구현하는 데 결정적인 역할을 했으며, 인류의 과학 기술 발전 경로를 근본적으로 바꾸고 있습니다.
한편, 존 클라크 교수는 노벨상 수상 소식을 새벽에 걸려온 전화로 처음 접하고 장난 전화인 줄 알았다고 밝혀 놀라움을 더했습니다. 그는 예상치 못한 수상에 멍한 상태였다고 전하며, 기초과학 연구의 중요성과 지속적인 지원의 필요성을 거듭 강조했습니다.