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[서울경제]
우리가 아는 물질과 물리적 성질은 같지만 전하만 정반대인 물질을 반(反)물질이라고 부릅니다. 전자와 질량 등 거의 모든 것이 같지만 전하만 음(-)이 아닌 양(+)을 띠는 물질인 반전자(양전자)가 대표적이죠. 마찬가지로 원자핵을 이루는 양전하 물질인 양성자의 반물질인 반양성자도 있습니다. 양성자와 전자로 이뤄진 수소처럼 반양성자와 반전자로 이뤄진 반수소도 존재할 수 있습니다. 반물질은 일반 물질과 만나면 쌍소멸이라는 일종의 상쇄주식투자강의
작용이 일어나 엄청난 에너지를 방출하며 둘 모두 사라집니다. 댄 브라운 소설 ‘천사와 악마’에 나오는 반물질 폭탄의 원리입니다.

우주 전체로 보면 우주 초기에 반물질보다 우리가 아는 일반 물질이 더 많았다는 사실을 알 수 있습니다. 둘이 상쇄되고 남은 일반 물질이 현재 우주를 이루고 있으니까요. 물리학자들은 우주 초기장로드
에 어떤 일이 있었기에 물질이 반물질보다 많은 일종의 ‘비대칭’이 발생했는지 궁금해합니다. 여기에 우주 형성의 비밀이 담겨있다고 여겨집니다. 하지만 연구 자체가 쉽지 않습니다. 반물질은 공기를 포함해 우리 주변에 널린 물질과 만나면 폭발하기 때문에 취급하는 것부터 까다롭기 때문이죠.
이 비밀을 푸는 실마리가 될 수 있는 소식이 최근 있었습용의눈게임
니다. 세계 최대 입자가속기를 운영하는 유럽입자물리연구소(CERN) 연구진이 7월 23일(현지 시간) 국제 학술지 ‘네이처’에 발표한 ‘단일 반양성자 스핀을 이용한 코히어런트 분광학’이라는 제목의 논문이 눈에 띕니다. 스핀은 입자가 가지는 상태의 하나라고 했죠. 코히어런트는 입자의 양자중첩 같은 양자 상태가 유지됨을 의미합니다. 입자는 외부 영향을 쉽게 받릴온라인
기 때문에 양자 상태를 유지하기가 쉽지 않고 이것이 양자컴퓨터 개발의 난제라고도 했죠.
정리하면 논문 제목은 반물질인 반양성자를 잘 제어해 양자 상태를 길게 유지하는 데 성공했다는 연구성과를 나타냅니다. CERN은 최근 보도자료를 통해 이 성과를 “최초로 반물질 큐비트를 구현했다”고 표현했습니다. 양자컴퓨터 기본 연산 단위인 큐비트는 입자SKC&C 주식
를 잘 제어해 0과 1의 디지털 정보를 모두 가지는 양자중첩 상태로 만든 것을 말하잖아요. 우리가 아는 원자나 전자 같은 일반 물질이 아니라 반물질인 반양성자로 큐비트를 만들 수 있다는 얘기입니다. 연구진은 50초의 코히어런스 시간, 즉 반양성자 큐비트라는 양자 상태를 유지하는 시간을 달성했다고 설명했습니다.
물론 물질과 반물질은 물리적 성질이 같기 때문에 굳이 반양성자 큐비트가 양자컴퓨터 개발에 크게 더 도움될 것 같지는 않습니다. 학계는 대신 반양성자를 양자컴퓨터 연산에 쓰이는 큐비트로 만들 수 있을 정도로 정교하게 제어할 수 있게 됐다는 데 의미를 두고 있습니다. 처음에 반물질은 취급하기 까다롭다고 했죠. 반물질을 정교하게 제어할 수 있다면 주변 물질과의 상호작용도 지금보다 더 최소화할 수 있고 반물질의 비밀을 푸는 연구도 더 수월해지겠죠.

실제로 이번 연구는 CERN 중에서도 ‘베이스(BASE)’라는 반양성자 운반 실험팀이 주도했습니다. 베이스팀은 반양성자를 CERN 밖 연구실로 안전하게 반출해 외부 연구진들과 함께 연구를 가속화하는 ‘베이스스텝(BASE-STEP)’ 프로젝트를 진행 중입니다. 반양성자 1000개를 CERN 밖 700㎞ 거리의 독일 뒤셀도르프대로 옮기는 계획이죠. 당연히 섬세한 취급이 관건이겠죠. 초전도 자석과 극저온 냉각 장치 등을 활용해 반양성자와 물질 간 접촉을 차단해야 합니다. 반양성자 큐비트 구현 역시 이 같은 정밀 제어 노력의 연장선입니다. 연구진은 “베이스스텝을 통해 현재보다 (반양성자의) 코히어런스 시간을 최장 10배 늘릴 수 있다”며 “이는 반물질 연구의 게임체인저가 될 것이다”고 기대했습니다. 김윤수 기자 sookim@sedaily.com

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