논문에서 제안하는 ENBS (얽힌 비선형 광자쌍 광원) 모델 인간 이해의 수준에만 머물러 있던 양자물체의 파동 입자 이중성을 국내 연구진이 개발한 관측장비로 검증해 양자역학의 난제 가운데 하나를 해결할 계기가 마련됐다.
기초과학연구원(IBS) 분자 분광학 및 동력학연구단의 조민행 연구단장과 윤태현 연구위원 연구팀은 양자 물제의 파동-입자 정량적 상보성에 대한 새로운 모델을 제안하고 자체 개발한 장비를 통해 이를 실험적으로 검증했다고 18일 밝혔다. 연구결과는 국제학술지 사이언스 어드밴시스 온라인 판(18일자)에 실렸다. 지금까지 양자 물체의 상보성과 입자-파동 이중성을 완벽하게 검증할 수 있는 장치가 없어 이에대한 완벽한 검증은 과제로 남아 있었다.
연구팀은 검증을 위해 '얽힌 비선형 광자쌍 광원(ENBS)'를 개발했다. 이 시스템은 기존 측정 시스템들과 달리 실험적으로 얽힘 정도를 조절할 수 있는게 특징으로, 양자 입자를 만들어내는 장치, 양자 입자 위치 또는 경로의 탐지 장치, 중첩 상태의 양자 입자가 만들어내는 간섭현상의 측정 장치 등을 갖추고 있다.
연구팀이 이 시스템으로 검증한 것은 양자 물체의 입자성과 파동성의 상호 연관은 물론, 둘 사이에 정량적 관계가 존재한다는 것이다. 이 결과는 덴마크 물리학자 보어의 '양자 입자의 파동성과 입자성은 서로 배타적이어서, 하나의 성질만 하나의 측정 장치로 알 수 있다'는 이론과 달리, 얽힘 정도를 조절해 배타적 성질 모두를 하나의 장치로 측정 가능함을 의미한다고 연구팀은 설명했다.
덴마크의 물리학자 닐스 보어는 1928년 '물질이 입자와 파동의 특징을 함께 갖고 있다'는 상보성의 원리를 제안했지만 지금까지 이를 정량적으로 측정할 기술이 없었기 때문에 상보성은 정성적인 관계로만 이해돼 왔다. 이번 연구의 의미는 닐스 보어의 원리를 100년만에 측정해냈다는 점에서 학술적 의미를 갖는다.
윤태현 연구위원은 "이 연구에서 제안,검증한 양자 복합시스템 실험장치를 이용한다면, 아직까지도 미지의 영역으로 남아있는 여러 양자역학적 난제를 해결할 실마리를 찾을 수 있을 것"이라고 말했다. 조민행 단장은 "앞으로 기초과학연구원(IBS) 분자 분광학 및 동력학 연구단은 새롭게 제안한 양자 얽힘 장치를 이용해 양자역학의 신비로운 특성들을 좀 더 깊게 연구할 예정"이라고 말했다.