서울대 자연과학 미래포럼 '자연과학의 현재를 되짚다'

박홍근 미국 하버드대 화학생물학과·물리학과 교수가 9일 서울대에서 열린 자연과학 미래포럼 '자연과학의 현재를 되짚다'에서 발표하고 있다. 서울대 제공

약 100년전 처음 양자역학이 등장했을 때와 달리 양자현상 자체를 인류가 직접 조작할 수 있게 되면서 양자컴퓨터처럼 기존 기술로는 근본적으로 불가능했던 영역에 도달하는 '2차 양자혁명'이 진행 중이라는 분석이 나왔다.

박홍근 미국 하버드대 화학생물학과·물리학과 교수는 9일 서울대에서 열린 자연과학 미래포럼 '자연과학의 현재를 되짚다'에서 "100년전 물리학자 슈뢰딩거, 하이젠베르크 등이 처음 '양자혁명'을 일으킨 후 현재 양자현상을 하나하나 조작할 수 있게 되면서 2차 양자혁명이 일어난다"고 말했다. 최근 주목받는 차세대 양자기술들이 원자 하나, 광자 하나에서 일어나는 양자현상을 조작하는 기술이 등장한 덕분이라는 것이다.

예를 들어 양자컴퓨터는 물리적 상태가 하나로 정해지지 않은 양자 중첩을 정보처리에 활용해 기존 컴퓨터로는 계산이 불가능한 문제를 해결할 수 있다. 신약·신물질 개발이나 기상 예측, 암호 해독, 물류 최적화 등 다양한 분야에서 폭넓게 활용될 것으로 기대된다.

정현석 서울대 물리천문학부 교수가 9일 서울대에서 열린 자연과학 미래포럼 '자연과학의 현재를 되짚다'에서 발표하고 있다. 서울대 제공

정현석 서울대 물리천문학부 교수는 "양자역학은 과거 반도체, 레이저 기술 등을 통해 디지털 혁명을 주도하며 우리 일상에 막대한 영향을 줬지만 양자 중첩, 양자 얽힘, 양자 측정과 같은 양자역학의 핵심적인 성질을 직접 사용하지는 않았다"고 설명했다.

2차 양자혁명은 양자역학의 핵심 성질을 직접 활용해 양자컴퓨터, 양자통신, 양자 센서처럼 고전적인 방법으로는 구현이 불가능한 영역에 도달할 수 있는 응용 기술에 도전하는 것을 말한다.

박 교수는 매우 얇은 2차원(2D) 물질로 양자 현상을 시뮬레이션하거나 다이아몬드 내에 형성된 결함 구조를 활용해 양자통신, 양자센서 기술을 연구한다. 지난해 5월 상용 광통신망으로 양자 정보를 전송하는 데 처음으로 성공하고 연구결과를 국제학술지 '네이처'에 발표하기도 했다.

양자과학기술 분야에서는 개인이 아닌 집단 연구가 필수적이라는 목소리도 나왔다.

정 교수는 "양자기술은 물리, 수학, 컴퓨터, 재료, 전기 등 다학제적 성격이 매우 높은 분야"라며 "양자기술의 비약적 발전이 예상되는 향후 20년간 다양한 배경을 가진 연구자들의 집단 연구가 필수적"이라고 강조했다.

정 교수는 지난해 11월 13일 개소한 서울대 하이브리드양자컴퓨팅센터를 이끌고 있다. 센터는 다양한 분야의 과학자와 기업들이 모인 다학제적 연구그룹을 육성하고 연구성과를 창출하는 것이 목적이다.

그는 "한 사람이 뭘 하는 시대는 지나간 것 같다"며 "내 장점을 융합시켜 새로운 분야를 창출하고 문제를 해결해야 하는 시대인 만큼 교육도 그에 맞춰서 경계를 넘어 협력하고 융합을 만들도록 해야 한다"고 말했다.

박 교수는 이날 학생들에게 "최근 과학과 공학의 구분이 많이 없어졌고 혼자서 연구하기에는 어려워졌다"며 "같이 고민하고 논의할 선생님, 학생, 동료가 필요하다"고 강조했다. 이어 "단순히 뭔가 잘하는 것을 넘어서 새로운 질문을 만들고 거기에 맞는 새로운 답을 만들어 낼 수 있어야만 '트렌드 세터(Trendsetter)'가 될 수 있다"고 조언했다.

[이병구 기자 2bottle9@donga.com]

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