2025 노벨물리학상, '거시적 양자현상' 입증한 3인(종합)

초전도 회로에서 양자터널링 관측…"양자컴퓨터의 뿌리 열었다"

올해 노벨 물리학상은 원자보다 훨씬 큰 거시적 규모의 시스템에서도 양자역학이 작동함을 증명한 존 클라크, 미셸 드보레, 존 마티니스 등 세 과학자가 공동 수상했다.

스웨덴 왕립과학한림원 노벨위원회는 "거시적 양자터널링과 전기회로에서의 에너지 양자화를 발견한 공로"를 인정해 이들에게 2025년 노벨물리학상을 수여한다고 7일(현지시간) 발표했다.

2025년 노벨물리학상은 '새로운 규모에서 양자역학을 연구'한 공로로 존 클라크, 미셸 데보레, 존 마티니스 등 3인에게 돌아갔다. 연합뉴스 제공

위원회는 "이들의 연구는 양자역학이 미시 세계에만 머무르지 않음을 보여줬다"면서 "손에 쥘 수 있는 회로에서도 양자효과가 관측됐다"고 설명했다.

이번 연구는 1984~1985년 초전도체로 만든 전자회로인 조셉슨 접합(Josephson junction)에서 전자가 장벽을 뚫고 이동하는 '양자터널링'과 에너지가 양자 단위로만 변하는 '에너지 양자화'를 실험적으로 입증한 것이다. 수천억 개의 전자가 얽힌 회로 전체가 하나의 거대한 양자입자처럼 움직이는 현상을 처음으로 보여줬다는 점에서 의미가 크다.

이 실험은 훗날 초전도 큐비트(quantum bit) 기술의 기초가 돼 양자컴퓨터 하드웨어 발전의 출발점으로 평가된다. 위원회는 "이들의 발견이 양자컴퓨터·양자암호·양자센서 등 차세대 기술 발전의 기반이 됐다"고 밝혔다.

올레 에릭손 노벨물리학상위원회 위원장은 "100년이 지난 양자역학이 여전히 새로운 놀라움을 준다"면서 "이번 연구는 양자 세계와 고전 세계의 경계를 다시 정의했다"고 말했다.

세 수상자는 모두 미국 대학을 거점으로 활동하고 있다. 클라크는 영국 케임브리지 출신으로 UC버클리 명예교수이며, 초전도 양자회로 연구의 개척자다. 드보레는 프랑스 파리 출신으로 예일대 명예교수이자 구글 퀀텀 AI의 최고과학자(Chief Scientist)로 활동 중이다. 마티니스는 UC 산타바버라 교수 출신으로 2014년 구글에 합류해 양자컴퓨팅 프로젝트를 이끌었고, 현재는 스타트업 콜랩(Qolab)을 공동 창업해 최고기술책임자(CTO)로 활동 중이다.

클라크 UC버클리 교수는 "내 인생에서 가장 놀라운 순간이었다"면서 "우리의 발견은 어떤 면에서 양자컴퓨팅의 기반이다. 지금은 그 정확한 위치를 단정할 수 없지만, 휴대전화가 작동하는 이유 중 하나가 이것들이 실제로 '맞기 때문'"이라고 소감을 밝혔다.

정연욱 성균관대 물리학과 교수는 "전자들이 담장을 넘어 다닌다, 그게 될까? 이 의문에서 출발한 연구였다"면서 "이 세 분이 바로 그걸 확인한 사람들"이라고 설명했다. 그는 "거시적 규모에서도 양자현상이 유지된다는 사실을 실험으로 보여줬고, 이 회로 구조는 훗날 구글, IBM 등 글로벌 기업의 양자칩 설계에 직접 응용됐다"고 평가했다.

최근 노벨물리학상은 양자물리의 실험적 검증에 초점을 맞추는 경향이 두드러진다. 2022년 얽힘(entanglement) 실험, 2023년 초단펄스 레이저로 전자 움직임을 관측한 연구에 이어 올해는 '거시적 양자터널링'이 선정됐다. 전문가들은 "이번 수상은 양자역학의 제2세기(Second Century of Quantum)를 여는 신호탄"이라면서 "양자컴퓨터와 양자통신, 양자센서 등 새로운 산업혁명의 문을 여는 발견"이라고 분석했다.

수상자들은 상금 1100만 스웨덴 크로나(약 16억4000만원)를 균등하게 나눈다. 노벨위원회는 전날 생리의학상(면역 관용 발견)에 이어 이날 물리학상 수상자를 발표했으며, 이어 8일 화학상, 9일 문학상, 10일 평화상, 13일 경제학상 순으로 수상자를 공개할 예정이다.

김종화 기자 justin@asiae.co.kr