.. 과학동아홈피에서 뽑음.

신동호 기자
2003년 2월 20일 dongho@donga.com

우리는 한 곳에서 다른 곳으로 이동할 때 중간 점을 통과하지 않고는 갈 수 없다. 이는 물질 에너지 사람 입자 등 모든 물체에 적용되는 만고 불변의 법칙이다.

그러나 물리학자들이 빛의 알갱이인 광자를 중간 지점을 지나지 않고 한 곳에서 다른 곳으로 옮기는 실험에 성공했다. 공상과학영화 ‘스타트렉’에서처럼 사람이나 물체를 원격 이동(텔레포테이션)하는 것이 현실 세계의 이야기가 된 것이다.

공상과학영화 속에서 텔레포테이션 기계는 물체나 사람을 분해해 다른 곳에서 완벽하게 복제해 낸다. 하지만 물리학자들이 만든 텔레포테이션 기계는 팩스와 닮았다. 물체는 가지 않고 팩스로 스캐닝한 물체의 정보만 보내 물체를 재구성하는 것이다.

이때 팩스의 스캐너는 물체가 가진 궁극의 정보인 ‘양자상태’를 쭉 읽어들이게 된다. 양자상태는 원자의 구조, 운동을 설명하는 가장 기본이 되는 성질이다. 이상하게도 텔레포테이션 기계로 원본이 되는 물체의 양자상태를 읽는 순간 원본은 파괴된다. 텔레포테이션한 물체는 실제로도 사라졌다가 다시 다른 곳에 나타나게 되는 것이다.

최근 스위스 제네바대 니콜라스 기신 교수팀은 광자를 사라지게 했다가 마치 마술처럼 옆에 있는 실험실에 다시 나타나게 하는 데 성공해 그 결과를 과학권위지 네이처에 발표했다. 기신 교수팀은 광자의 양자상태에 대한 정보를 수집해 55m 떨어진 옆의 실험실로 보낸 다음 똑같은 광자를 다시 만들어냈다.

텔레포테이션은 팩스의 원리와 같다. 팩스로 물체를 스캐닝해서 보내면 멀리 떨어진 곳에서 이 정보를 토대해 물체를 다시 만들어낸다. 하지만 사람의 원격이동은 현재 기술로는 요원하다.



두 실험실 사이의 광케이블 연결 거리는 2㎞로, 지금까지의 텔레포테이션 기록으로는 가장 길다. 텔레포테이션은 지금까지 불과 몇 m 사이에서만 가능했다. 기신 교수는 “광자 그 자체가 이동하는 것이 아니라 광자의 양자상태만 읽어 이동하며, 양자상태를 읽는 순간 광자는 파괴되고 다른 곳에서 광자가 만들어진다”고 말했다.

텔레포테이션이 공상과학소설에서 물리학의 영역으로 진입한 것은 1993년이다. IBM 연구원인 찰스 베넷 등 6명의 과학자가 원본이 파괴된다면 완벽한 텔레포테이션이 이론상 가능하다는 것을 증명했다.

그때까지 물리학자들은 텔레포테이션을 만화 속 얘기로 생각했다. 왜냐하면 텔레포테이션은 양자역학의 기본법칙인 불확정성의 원리에 위배되기 때문. 이 원리에 따르면 어떤 원자를 관찰하거나 정보를 추출하려면 관찰자가 원자에 광자(빛)를 보내야 하고 이것이 닿는 순간 물체의 양자상태를 바꿔놓기 때문에 어떤 원자도 완벽한 복제가 불가능하다고 생각했다.

그러나 베넷이 ‘아인슈타인-포돌스키-로젠 효과’로 불리는 양자역학의 기이한 역설을 이용해 이런 문제를 해결하는 방법을 제시했다. 이후 많은 물리학자들이 양자 텔레포테이션 실험에 도전해 1997년 인스부르크대 연구팀이 광자를 읽어 케이블을 통해 1m 떨어진 곳에 전송해 원래 모습과 똑같은 광자를 만들어내는 데 처음 성공했다. 예상대로 원래의 광자는 복제품이 만들어진 순간 파괴됐다.

그럼 과연 스타트렉에서처럼 사람이 행성에서 우주선으로 이동하는 것이 가능할까? 과학자들은 원자의 텔레포테이션은 몇 년 안에, 분자는 10년 안에 가능할 것으로 예상하고 있다. 사람을 텔레포테이션하려면 사람을 이루는 1029개의 원자를 한 순간에 읽을 수 있는 스캐너와 컴퓨터가 나와야 하는데 현재의 기술로서는 어림도 없다.

따라서 텔레포테이션은 초고속 양자 컴퓨팅과 양자 통신에 먼저 이용될 전망이다. 텔레포테이션을 이용해 통신을 할 경우 누구도 도청을 하지 못하는 것이 큰 장점이다. 도청이 불가능한 것은 보내는 사람과 받는 사람한테만 데이터가 존재하지, 중간 과정이 없기 때문이다. 괴이한 양자의 세계가 우리의 생활까지 바꾸기 시작하고 있다.

                                                          ㅡ 우주연합 카페에서  

글쓴이: 순수혈통세바스찬