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특히 양자역학적 유사확률함수가 0보다 작은 음(-)의 값을 갖는 성질을 비고전성이라고 한다. 대표적인 양자 성질 중 하나인 빛의 양자이론에 대한 공로로 노벨 물리학상을 수상한 로이 글라우버 등에 의해 1960년대 확립된 개념이다.
하지만 이런 비고전성이 구체적으로 어떤 실용적 의미를 갖는지 정확히 알려진 바가 없었다. 또 비고전성을 정량화하기 위해 다양한 시도가 이뤄졌지만 지금까지 통일된 척도는 마련되지 못했다.
연구팀은 물리 상태의 비고전성이라는 개념이 직접적으로 양자계측의 유용성을 의미한다는 사실을 규명했다. 어떤 물리계가 비고전 상태로 존재하면 양자계측에 실용적으로 사용될 수 있다는 것을 입증한 것이다.
양자계측은 고전적인 방법으로 감지하기 어려운 지극히 작은 신호를 감지하는 기술로 중력파 측정 등에 응용할 수 있다.
또 연구팀은 실용적 의미를 가진 비고전성의 정량화 척도를 양자계측에 활용하는 변수의 분산(variance)을 최적화하는 방법으로 제안하고 이렇게 제안한 척도가 양자역학에서 자원을 정량화할 때 요구되는 엄밀한 조건을 모두 만족시킨다는 사실을 증명했다. 이 같은 척도를 통해 양자 상태의 비고전성을 정량적으로 비교할 수 있게 됐다.
정현석 교수는 “이번 연구를 통해 이론적 영역에서 발전한 비고전성의 개념을 실용적 응용에 직접 적용할 수 있는 길을 열었다”라며 “향후 비고전성을 포함해 현재까지 알려진 양자 성질을 통합적으로 이해하고 다양한 응용성을 밝히기 위한 연구를 수행할 것”이라고 말했다.
이 연구 성과는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(리더연구)의 지원으로 수행됐다. 연구 결과는 물리학 분야 저명 국제학술지 ‘피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)’에 2월 1일 게재됐다.
