한국연구재단은 부산대 김광석 교수 연구팀이 빛으로 양자 상태를 정밀하게 제어하는 미래 양자기술의 새로운 플랫폼을 내놨다고 17일 밝혔다.

이 성과를 살피려면 아하로노프-봄 효과(Aharonov-Bohm effect)에 대해 짚어야 한다.

아하로노프-봄 효과는 자기장 세기가 '제로'(0)인 공간에서도 전자가 자기장을 느끼는 것처럼 움직이는 특이한 현상을 일컫는다.

1957년 야키르 아하로노프와 데이비드 봄이 발견한 이후 양자물리 원리를 이해하는 중요한 단서로 여겨지고 있다.

학계에선 1980년대부터 초전도체와 금속 튜브 등으로 아하로노프-봄 효과를 관측했다.

다만, 제작이 까다로운 시료와 극저온 환경 등 극도로 까다로운 실험 조건이 있어야 했다.

2016년 좀 더 손쉬운 광학적 측정 방법을 제시했던 김 교수 연구팀은 양자 링에 쬐는 빛의 세기를 조절해 양자 진동주기를 제어할 수 있는 새로운 방법을 개발했다.

양자 링 반경에 따라 아하로노프-봄 효과에 따른 양자 진동주기가 이미 결정된 상황에서도 이 제어 기술은 통했다.

연구팀에 따르면 빛에 의해 발생한 전자는 양자 링 주변 국소 전기장을 변화시킨다.

그 결과 양자 링의 파동함수 모양이 바뀌고, 아하로노프-봄 효과 진동주기 역시 미세하게 조절할 수 있다.

연구팀은 '빛에 의해 양자 링 파동함수 모양이 변형된다'는 이론 계산을 통해서도 실험과 일치하는 결과를 얻었다.

김광석 교수는 "영화 반지의 제왕을 뒤늦게 보고서 나노 스케일 반지인 양자 링이 마법 같은 양자 비밀을 알려줄 수 있을지 모른다는 호기심으로 관련 연구를 지속하고 있다"며 "이번 성과로 양자점과 원자의 장점을 모두 지닌 양자 링이 미래 양자제어 기술의 새로운 플랫폼으로 활용될 가능성을 제시했다"고 말했다.

연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(중견연구)을 통해 수행했다.

미국화학회가 발행하는 나노 레터스(Nano Letters) 10일 자에 논문이 실렸다.