ENBS(얽힌 비선형 광자쌍 광원) 복합시스템의 모습(사진제공:IBS) © 뉴스1

기초과학연구원(IBS)은 분자 분광학 및 동력학 연구단 조민행 단장 연구팀이 양자 물체의 파동-입자 정량적 상보성에 대한 새로운 모델을 제안하고, 자체 개발한 장비를 통해 이를 실험적으로 검증했다고 19일 밝혔다.

상보성 원리와 파동-입자 이중성을 엄밀히 검증하려면 파동성과 입자성을 각각 측정할 수 있는 양자역학적 복합시스템이 필요하다. △양자 입자를 만들어 내는 장치 △양자 입자 위치 또는 경로의 탐지 장치 △중첩 상태의 양자 입자가 만들어 내는 간섭현상의 측정 장치 등이 갖춰져야 한다.

지금까지 여러 복합시스템이 이론적으로 제안되고, 일부는 실험까지 진행됐다.

하지만, 양자 물체의 상보성과 입자-파동 이중성을 완벽하게 검증할 수 있는 장치는 없었다.이에 연구팀은 새로운 실험 시스템인 ‘얽힌 비선형 광자쌍 광원(ENBS)’을 자체 개발해 이 한계를 돌파했다.

ENBS 시스템은 기존 측정 시스템들과 달리 실험적으로 얽힘 정도를 조절할 수 있다.

즉, 양자 물체의 파동성과 입자성을 상보적 관계의 틀 안에서 실험적으로 조절하는 것이 가능하다.

연구팀은 이 실험을 통해 양자 물체의 입자성과 파동성의 상호 연관은 물론, 둘 사이에 정량적 관계가 존재함을 증명했다.

이 결과는 보어의 ‘양자 입자의 파동성과 입자성은 서로 배타적이어서, 하나의 성질만 하나의 측정 장치로 알 수 있다’는 이론과는 확연히 다르다.

얽힘 정도를 조절해 배타적 성질 모두를 하나의 장치로 측정 가능함을 의미한다.

특히, 상보성의 원리 최초 제안 이후 약 100년 만에 파동-입자 상보성의 정량적 관계를 측정해냈다는 점에서 학술적 의미가 큰 것으로 평가된다.

조민행 단장은 “새롭게 개발한 양자 얽힘 장치를 이용해 양자역학의 신비로운 특성들을 좀 더 깊게 연구할 예정”이라고 말했다.

한편, 이번 연구결과는 ‘국제학술지 사이언스 어드밴시스’ 19일자 온라인판에 실렸다.


km5030@news1.kr