광자를 이용한 '2차원 양자걸음' 구현…양자현상 연구 진일보

[아시아경제 노미란 기자]국내 연구진에 의해 빛을 구성하는 입자인 광자를 사용한 '2차원 양자걸음'이 구현됐다. 2차원 양자걸음이란 광자,전자 등 양자입자가 임의의 방향으로 움직이는 것을 모델화한 양자걸음 가운데 양자 입자가 존재하는 위치가 XY평면에서 움직이는 경우를 일컫는다. 양자걸음은 주식변화 예측이나 컴퓨터 검색 알고리즘 등에 이용되는 통계역학의 기본개념인 무작위걸음에 대응하는 양자 역학적 현상이다. 이 연구결과는 양자 검색 알고리즘, 양자 컴퓨터 구현 및 물리학, 생물학, 화학 등에서 복잡한 양자현상 연구에 응용될 것으로 기대된다.

포항공과대학교 물리학과 김윤호 교수 연구팀과 영국 임페리얼 칼리지의 이론연구진이 공동으로 수행한 이번 연구결과는 네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)지 온라인판 13일자에 게재됐다.

동전던지기로 이동방향을 결정할 때 이동위치의 확률분포를 설명할 수 있는 무작위걸음 모델은 주식변화 예측이나 인터넷 검색 등에 널리 이용되고 있다. 하지만 데이터베이스 검색에 2차원 양자걸음을 적용하면 검색 속도를 비약적으로 향상시킬 수 있다. 이러한 응용성 때문에 이에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.

김 교수 연구팀은 단일광자가 평면상에서 임의 방향으로 움직이는 것에 대한 2차원 양자걸음 모델을 실험적으로 구현해냈다. 이는 기존 직선상의 광자 움직임에 대한 모델을 평면상 2차원적인 움직임으로 확장한 것이다.

김 교수는 “2차원 양자걸음은 복잡한 양자현상의 시뮬레이션, 양자 검색 알고리즘 구현 등에 필수적인 현상으로 이를 실험으로 구현하였다는데 의의가 있다"며 "앞으로 2차원 양자걸음의 응용 및 3차원으로의 확장에 대한 연구를 진행할 계획”이라고 밝혔다.

노미란 기자 asiaroh@asiae.co.kr