국내 연구진, 세계 최초 ‘양자거리’ 직접 측정 성공… 양자기술 패권 경쟁의 분수령

 

초정밀 양자거리 측정 기술, 대한민국이 세계 표준 만든다

2025년 6월 6일, 과학기술정보통신부는 국내 연구진이 세계 최초로 고체 물질 내 전자의 ‘양자거리’를 직접 측정하는 데 성공했다고 공식 발표했습니다. 이는 양자컴퓨팅, 양자센싱, 양자통신 등 전방위적인 양자기술 경쟁에서 선도권을 확보할 수 있는 핵심 기술적 쾌거이며, 국제 저명학술지 ‘사이언스(Science)’에 연구 성과가 등재되면서 전 세계 과학계의 주목을 받고 있습니다.

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▶ 양자거리란 무엇이며 왜 중요한가

‘양자거리’는 양자역학적 상태에서 입자 간의 유사성 또는 차이를 수치로 나타낸 개념입니다. 쉽게 말해, 두 입자가 얼마나 같은 상태인지, 또는 다른지를 0~1 사이의 숫자로 표현하는 지표입니다.

• 0에 가까울수록 동일한 상태
• 1에 가까울수록 완전히 다른 상태

📌 양자거리를 측정하는 기술은 단순한 거리계산을 넘어 양자상태의 정확도 판단, 연산 추적, 상태 변화 분석 등 양자기술의 근간을 구성하는 척도로 활용됩니다.

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▶ 왜 세계 최초인가: 기존 기술의 한계

이전까지는 고체 물질 내 전자의 양자거리를 간접적으로 유추할 수밖에 없었습니다. 간접 측정 방식은 다음과 같은 한계를 가졌습니다.

• 실험 환경의 외부 변수에 민감
• 해석 과정에서 데이터 왜곡 가능
• 양자상태 변화를 실시간 반영 불가

이에 따라 전 세계적으로 정밀 측정법을 찾기 위한 연구가 활발했지만, 직접적이고 실질적인 방법은 전무한 상태였습니다.

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▶ 연구 성과 요약: 연세대-서울대 공동연구팀의 성과

📌 공동 연구팀

• 김근수 교수(연세대학교 물리학과, 실험팀)
• 양범정 교수(서울대학교 물리학과, 이론팀)
• 협력기관: MIT, 사이언스지 등

연구팀은 약 10년에 걸친 이론적 설계와 실험 검증을 통해, 고체 속 전자의 양자거리를 정량적으로 직접 측정하는 방법을 최초로 제시했습니다. 그 성과는 세계 최고 권위의 학술지 『Science』(6월 6일자)와 『Nature Physics』에 동시에 등재되었습니다.

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▶ 측정 원리는? 각분해광전자분광 기법 활용

연구진은 각분해광전자분광(ARPES) 기술을 이용했습니다. 이 기술은 물질에 빛을 쏘고 튀어나오는 전자의 운동량과 에너지를 측정해 전자의 파동특성을 분석하는 실험 방식입니다.

이 실험에 편광 빛을 사용하고, 위상차(phase difference)를 추적하여 두 전자의 간섭 패턴을 통해 양자거리를 역산하는 방식으로 전자의 상태 위상차 → 간섭 신호 → 거리값 도출의 과정을 밟은 것이 핵심입니다.

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▶ 한눈에 보는 요약

국내 연구진, 전자 간 양자거리 세계 최초 측정
10년 간 이론·실험 융합 연구의 결정판
각분해광전자분광 기법 활용
양자컴퓨팅·센싱의 정밀도 향상 기반 확보

국내 연구진, 세계 최초 ‘양자거리’ 직접 측정 성공

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▶ 양자기술 패권 경쟁, 한국은 어디쯤 와 있나

양자기술은 국가 전략 산업으로 급부상하고 있으며, 미국·중국·EU 등 주요국은 2020년대 후반부터 양자산업에 연간 수조 원 규모의 예산을 투입하고 있습니다. 국내 역시 2030년까지 양자컴퓨터, 양자센서, 양자통신을 3대 축으로 국가 양자 로드맵을 추진 중입니다.

이번 성과는 한국이 기술적 후발주자 이미지를 벗고, 선도국 지위로 올라설 결정적 전환점으로 평가됩니다.

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▶ 적용 가능 분야: 양자컴퓨터, 센싱, 통신 등

1. 양자컴퓨터: 큐비트 상태 측정 정밀도 향상
2. 양자센싱: 미세한 환경변화 감지 정확도 강화
3. 양자통신: 양자암호화 및 키 분배 시스템의 안정성 증가
4. 기초과학: 물질 내 전자 상호작용 해석 수준 향상

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▶ 국제적 협력 성과와 미래 과제

📌 양범정 교수 연구팀은 MIT와 협력하여 이론적 근거를 마련했고, 김근수 교수팀은 국내 장비와 기술로 실험을 완성했습니다.

• 『Nature Physics』 등재
• 『Nature』 실험 데이터 보고
• 향후 미국과 EU 공동연구 제안 협상 진행 중

이러한 성과는 한국이 독자적으로 기초과학을 완결할 수 있는 역량을 확보했다는 사실을 전 세계에 입증한 것입니다.

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▶ 양자기술 경쟁의 새로운 룰을 만든 한국

김근수 교수는 “건축물 설계를 위한 정확한 거리 측정이 필요하듯, 양자기술도 정확한 양자거리 측정이 필수”라고 강조했습니다. 그는 이어 “이번 기술은 향후 모든 양자기술 응용의 기준이 될 것”이라며, 실험 장비의 표준화와 산업화 적용의 필요성을 제시했습니다.

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▶ 참고할 수 있는 정부기관 공식 자료

• 과학기술정보통신부 보도자료
• 정책브리핑: 양자거리 세계 최초 측정
• 국가양자기술전략 로드맵 (KISTEP)

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▶ 마무리 안내

이제는 양자기술을 ‘미래’로만 부르지 않습니다.
세계가 주목하는 이 기술의 출발점에 한국이 서 있습니다.

이번 성과는 단순한 학문적 업적을 넘어서, 국가 전략기술의 글로벌 표준화를 선도하는 시발점이 될 것입니다. 양자기술의 핵심 ‘기초측정’에서 세계 최초를 이뤄낸 우리나라 연구진의 땀과 노력에 깊은 박수를 보냅니다.

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