국내서 광자의 ‘2차원 양자걸음’ 실험적 구현
국내서 광자의 ‘2차원 양자걸음’ 실험적 구현
  • 연합뉴스
  • 승인 2013.09.30 21:30
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포항공대 물리학과 김윤호 교수 연구팀
“앞으로 응용ㆍ3차원으로 확장 연구 진행”
 빛을 구성하는 입자인 ‘광자’(光子)가 평면상에서 임의의 방향으로 움직이는 모델을 국내 연구진이 실험적으로 구현해 복잡한 양자현상 연구에 한발짝 더 다가섰다.

 미래창조과학부는 포항공과대학교 물리학과 김윤호 교수 연구팀과 영국 임페리얼 칼리지의 이론연구진이 단일 광자에 의한 ‘2차원 양자걸음’을 실험적으로 구현했다고 30일 밝혔다.

 양자걸음은 광자ㆍ전자ㆍ원자 등 양자입자가 임의의 방향으로 움직이는 것을 모델화한 한 이론으로, 통계역학의 기본개념인 무작위걸음(액체나 기체 상태의 물질에서 움직이는 분자처럼 입자가 임의의 방향으로 움직이는 것을 모델화한 개념)에 대응하는 양자역학적 현상이다.

 양자 입자가 존재하는 위치가 XY 평면일 경우 이를 2차원 양자걸음이라고 하며, 2차원 양자걸음은 1차원 양자걸음으로 시뮬레이션할 수 없던 복잡한 양자현상을 시뮬레이션하는 데 사용 가능해 1차원 양자걸음보다 응용 범위가 넓다.

 현재까지 학계서는 양자입자가 1차원 직선상에서 움직이는 1차원 양자걸음만 구현했으나 김교수 연구팀이 이러한 직선상의 광자 움직임 모델을 평면상 2차원적인 움직임으로 확장한 것이다.

 이 2차원 양자걸음을 이용하면 복잡한 양자현상을 시뮬레이션하거나 양자 검색 알고리즘의 검색속도를 증가시킬 수 있다.

 특히 양자입자의 임의적인 움직임을 기반으로 한 대용량 데이터베이스 검색방법인 양자검색 알고리즘에 2차원 모델을 응용한다면 비약적인 검색속도 향상이 기대된다.

 이 외에 생물학, 화학, 물리학, 경제학, 컴퓨터과학 등의 분야에서도 응용 가능하다.

 김 교수는 “2차원 양자걸음은 복잡한 양자현상의 시뮬레이션, 양자검색 알고리즘 구현 등에 필수적인 현상으로, 이를 실험으로 구현했다는데 의의가 있다”고 설명했다.

 연구팀은 앞으로 2차원 양자걸음의 응용과 3차원으로의 확장에 대한 연구를 진행할 계획이다.

 이번 연구는 미래부의 중견연구자지원사업의 지원을 받아 이뤄졌으며 연구결과는 네이처 커뮤니케이션(Nature Communications) 온라인판에 개재됐다.

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