2025년 노벨 물리학상은 John Clarke, Michel H. Devoret, John M. Martinis 세 명에게 수여되었고,

그 수상 이유는 “전기 회로에서의 거시적 양자 터널링(macroscopic quantum tunnelling) 및 에너지 양자화(energy quantisation) 발견”입니다.

<연구 배경과 문제의식>

양자역학은 원자나 아원자 입자 수준에서는 잘 성립하는 이론이지만, 여러 입자나 거시적 시스템에 대해서는 양자 효과가 사라지거나 약화되는 경향이 있습니다.

즉, 일상 크기의 시스템에서는 양자 현상이 나타나기 어렵습니다.

물리학자들은 “얼마나 큰 시스템까지 양자 효과를 유지할 수 있는가?”를 묻는 문제에 오래 도전해 왔습니다.

특히 “터널링” 현상은 양자역학에서 중요한 개념인데, 전형적으로 입자가 장애물(장벽)을 통과해서 넘어가는 것처럼 행동하는 현상입니다.

고전역학에서는 불가능한 일이죠. 그런데 이 터널링이 과연 거시적인 전자 회로나 큰 시스템에서도 발생할 수 있을지 여부가 실험적으로 증명된 적은 거의 없었습니다.

<핵심 실험 구성 및 발견>

세 연구자는 1984∼1985년 무렵부터 시작해서, 초전도체(superconductor)를 이용한 전자 회로에서

양자 터널링과 에너지 양자화를 거시적 수준에서 구현하고 관측하는 실험을 설계했습니다.

주요 특징은 다음과 같습니다:

이 실험들은 마치 회로 전체가 하나의 “인공 원자(artificial atom)”처럼 행동하는 양자 시스템이라는 개념을 실제로 보여주었습니다.

<의미와 영향>

이 발견은 단순히 양자역학의 이론을 확장하는 데 머무르지 않고, 현대 양자 기술(quantum technology) 발전의 토대가 되었습니다.

주요 의미는 다음과 같습니다:

1. 양자 효과의 크기 한계 확장

이 연구는 양자 현상이 단지 극소 규모에서만 가능한 것이 아니라, 적절히 설계된 전자 회로에서도 유지될 수 있음을 보였습니다.

2. 양자 컴퓨팅 및 양자 센서의 기반 제공

인공 원자 수준의 거시적 양자 시스템은 큐비트(qubit) 구현이나 양자 센서, 양자 통신 장치 설계 등에 응용할 수 있는 강력한 플랫폼을 제공합니다.

3. 기술적 응용 가능성 열림

이와 같은 초전도 회로 기술은 양자 컴퓨터 하드웨어, 초민감 센서, 양자 암호장치 등 다양한 응용 분야로 이어지고 있습니다.

4. 기초 과학의 중요성 재확인

상업적 응용이 전혀 예상되지 않았던 기초 연구가 오랜 시간이 흐른 뒤 핵심 기술이 될 수 있다는 점이 다시 한번 강조된 사례입니다.

[출처 : ChatGPT 작성]