김윤호 포스텍 교수, 광자 이용한 2차원 양자 움직임 구현

아주경제 이한선 기자= 국내연구진이 국제공동 연구를 통해 평면적인 2차원 양자 움직임을 모델화했다.

미래창조과학부는 김윤호 포항공과대학교 물리학과 교수 연구팀과 영국 임페리얼 칼리지의 이론연구진이 공동으로 빛을 구성하는 입자인 광자를 사용한 2차원 양자걸음을 구현했다고 29일 밝혔다.

광자, 전자, 원자 등 양자입자가 임의 방향으로 움직이는 것을 모델화한 양자걸음은 주식변화 예측이나 컴퓨터 검색 알고리즘 등에 이용하는 통계역학의 기본개념으로 액체나 기체 상태의 물질에서 움직이는 분자처럼 입자가 임의의 방향으로 움직이는 것을 모델화한 무작위걸음에 대응하는 양자 역학적 현상이다.

동전던지기로 이동방향을 결정할 때 이동위치의 확률분포를 설명할 수 있는 무작위걸음 모델은 주식변화 예측이나 인터넷 검색 등에 널리 이용된다.

데이터베이스 검색에 2차원 양자걸음을 적용하면 검색 속도를 비약적으로 향상시킬 수 있다.

김 교수 연구팀은 단일광자가 평면상에서 임의 방향으로 움직이는 것에 대한 모델인 2차원 양자걸음을 실험적으로 구현해 기존 직선상의 광자 움직임에 대한 모델을 2차원적인 움직임으로 확장했다.

이를 양자입자의 임의적인 움직임을 기반으로 대용량의 데이터베이스에서 원하는 데이터를 검색하는 양자검색 알고리즘 등에 응용할 경우 기존 1차원 모델을 적용한 경우에 비해 비약적인 검색속도 향상을 가져올 것으로 기대된다.

연구결과는 양자 검색 알고리즘, 양자 컴퓨터 구현 및 물리학, 생물학, 화학 등에서 복잡한 양자현상 연구에 응용될 전망이다.

이번 연구는 미래부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업 등의 지원으로 수행돼 네이처 커뮤니케이션지 온라인판 13일자에 게재됐다.

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