포스텍(총장 김무환)은 김윤호 물리학과 교수, 김요셉 박사 연구팀이 양자얽힘 없이 하이젠베르크 한계에 도달하는 약한 값 증폭 방법을 발견했다고 24일 밝혔다.
하이젠베르크 한계란 양자계측 시 측정 정확도를 획기적으로 높일 수 있는 상한선을 의미한다. 양자를 측정하는 방법 중 하나인 '약한 양자측정'은 측정 대상인 양자 상태에 충격을 적게 주면서도 시스템 정보를 최대한 많이 알아내려는 접근법이다. 양자 상태를 붕괴하지 않으면서도 효율적으로 측정할 수 있다는 점이 특징이다.
이렇게 측정된 약한 값을 이용하면 아주 작은 시간차나 위상차 등 물리량을 증폭시킬 수 있다. 이 방법은 기존 측정 방법에 비해 오류가 적지만, 정작 측정 성공 확률이 낮다는 치명적인 한계가 있다. 이후 양자얽힘을 활용해 이런 한계를 극복할 수 있는 방법이 제안됐지만, 대규모 양자얽힘 상태 생성의 어려움은 하이젠베르크 한계의 양자계측을 실현하는 데 큰 걸림돌이 되고 있다.
연구팀은 약한 값 증폭 시, 양자얽힘을 사용하지 않아도 각기 다른 양자 상태가 반복적으로 상호작용하며 하이젠베르크 한계에 도달할 수 있음을 확인했다. 하이젠베르크의 한계에 도달하게 되는 원인이 양자얽힘 자체에서 오는 것이 아니라 다른 양자 상태 간 반복적인 상호작용에서 비롯한 효과라는 설명이다.
김윤호 교수는 “이 연구성과를 통해 양자한계 측정에서 양자얽힘이 반드시 필요하지 않다는 사실을 확인함으로써 양자계측의 실용화에 기여할 것”이라고 말했다. 이번 연구성과는 최근 국제 학술지 '피지컬 리뷰 레터'에 게재됐다.
포항=정재훈기자 jhoon@etnews.com
