노벨상, ‘양자컴’에 다시 주목… 40년전 초석 마련 3인에 물리학상

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[2025 노벨상] 클라크-드보레-마티니스 공동수상
‘양자 터널링’ 규모 확장해 구현
0과 1 명확히 구분, 연산 가능케해… 3년만에 또 양자 분야 선정 이례적
클라크 교수 수상 발표뒤 회견서, “트럼프 연구비 삭감은 재앙” 비판

물리학상
스웨덴 왕립과학원은 7일(현지 시간) 노벨 물리학상 수상자를 발표했다. 존 클라크 미국 버클리 캘리포니아대 교수(왼쪽부터), 미셸 드보레 미국 예일대 및 샌타바버라 캘리포니아대(UC샌타바버라) 교수, 존 마티니스 UC샌타바버라 교수가 받았다. AP 뉴시스

올해 노벨 물리학상은 초전도 양자컴퓨터 개발의 단초를 마련한 과학자 세 명에게 돌아갔다. 양자컴퓨터의 상용화가 가까워지며 2022년에 이어 3년 만에 양자컴퓨터 분야에서 다시 수상자가 탄생한 것이다. 노벨상 분야별 상금은 1100만 스웨덴 크로나(약 16억5000만 원)로 공동 수상자들은 이를 나누게 된다.

스웨덴 왕립과학원 노벨위원회는 7일(현지 시간) 노벨 물리학상 수상자를 발표했다. 노벨 물리학상은 존 클라크 미국 버클리 캘리포니아대(UC버클리) 교수, 미셸 드보레 미국 예일대 및 샌타바버라 캘리포니아대(UC샌타바버라) 교수, 존 마티니스 UC샌타바버라 교수에게 돌아갔다. 노벨위원회는 “거시적 양자역학적 터널링과 전기회로에서의 에너지 양자화의 발견” 공로를 인정하며 이들에게 노벨 물리학상을 수여했다.

이들의 노벨상 수상을 이끈 것은 1984년과 1985년에 발표한 ‘조지프슨 접합’ 구조에 대한 논문이다. 이들이 공동 저술한 이 논문의 핵심은 아주 작은 양자 수준의 미시 세계에서나 발견되던 ‘양자 터널링’ 현상을 거시적인 초전도체에서 구현했다는 것이다.

고전 역학에서는 물질이 넘을 수 없는 ‘에너지 장벽’이 존재한다. 그런데 미시 세계에서는 작은 입자들이 마치 터널을 뚫고 이동하는 것처럼 장벽을 통과하는, 이른바 양자 터널링 현상이 발생한다. 올해 물리학상 수상자들은 초전도체로 만든 전자 회로에 절연막을 끼운 조지프슨 접합 구조를 개발해 초전도체에서 양자 터널링 현상을 나타나게 하는 데 성공했다.

조지프슨 접합은 현재 가장 유력한 양자컴퓨터 방식으로 거론되는 초전도 양자컴퓨터의 근간을 마련했다. 양자컴퓨터의 연산 단위인 ‘큐비트’는 0과 1이 명확히 구분돼야 연산이 가능한데, 양자 터널링 현상이 이를 가능하게 만들기 때문이다. 현재 양자컴퓨터 분야를 선도하는 IBM과 구글 모두 양자 터널링 현상을 활용한 초전도 양자컴퓨터를 개발하고 있다.

양자컴퓨터 분야에서 노벨상 수상자가 나온 것은 2022년 이후 3년 만이다. 당시 알랭 아스페 프랑스 파리사클레대 교수 등 과학자 3명이 양자컴퓨터 구동의 기본 원리인 ‘양자 얽힘’ 현상을 규명해 상을 받았다. 통상 노벨위원회가 같은 분야에서 연달아 수상자를 선정하지 않는 점을 감안하면 극히 이례적이라는 평가가 나온다. 방정호 연세대 융합과학기술원 교수는 “양자컴퓨터가 상용화됐을 때 사회 경제에 미치는 영향이 광범위하고 막대하기 때문일 것”이라고 말했다. 양자컴퓨터가 상용화되면 금융, 물류 등의 산업에서 그동안 복잡해서 하지 못했던 최적화 작업이 가능해지고 제약, 신소재 등의 분야에서 새로운 물질 개발이 수월해질 것으로 전망된다.

한편 올해 물리학상 공동 수상자 중 한 명인 클라크 교수는 수상 후 기자회견에서 미국 도널드 트럼프 정부의 과학 예산 삭감 정책을 비판하고 나섰다. 그는 “우리의 연구가 얼마나 중요한지를 당시에 전혀 몰랐다”며 “결과가 어떻게 될지 아무도 모르기 때문에 기초과학 연구를 계속해야만 한다”고 강조했다. 그는 현 상황이 ‘재앙’이라며 “이번 행정부가 물러나도 예전 수준으로 돌아가는 데 10년은 걸릴 것”이라고 말했다.

양자 터널링

양자 수준의 미시 세계에서 작은 입자들이 넘을 수 없는 ‘에너지 장벽’을 통과하는 현상. 마치 터널을 통과하는 것 같다고 해서 양자 터널링이라는 이름이 붙었다.

최지원 기자 jwchoi@donga.com