올해 노벨 물리학상은 반세기 만에 양자역학의 핵심 이론을 실험으로 입증한 세 명의 물리학자에게 돌아갔다.

7일 국내 과학 업계에 따르면, 이날(현지 시간) 스웨덴 왕립과학아카데미는 '2025년 노벨 물리학상'을 존 클라크, 미셸 드보레, 존 마티니스 등 3인에게 수여하기로 결정했다. 

수상자들은 초전도체를 이용한 전자 회로 실험을 통해 '양자역학적 특성이 거시적 규모에서도 유효하다'는 사실을 증명해 오랜 물리학 질문에 해답을 제시했다. 기존에는 양자역학적 현상이 원자나 전자처럼 미시적 세계에서만 나타나는 것으로 여겨졌지만 이들은 수많은 입자가 얽힌 회로에서도 '양자 터널링'과 '에너지 양자화'가 관측될 수 있음을 밝혀냈다.

지난 1980년대 중반부터 수상자들은 전기 저항 없이 전류가 흐르는 초전도체를 기반으로 회로를 구성해 실험했다. 특히 이 실험은 손에 쥘 수 있을 정도로 충분히 거시적인 규모의 시스템에서 이뤄졌다.

핵심은 '조셉슨 접합' 구조를 활용하며 전류를 통과시킬 때 발생하는 현상을 제어하고 탐색했다는 데 있다. 초전도체를 통과하는 하전 입자들이 회로 전체를 채우는 단일 입자처럼 작동하는 거시적 양자 시스템을 구성했다.

이 시스템은 처음에는 전류가 흐르지만 전압이 없는 '제로 전압 상태'에 갇혀 마치 넘을 수 없는 에너지 장벽 뒤에 머무는 것처럼 보인다. 그러나 실험 결과, 이 시스템은 양자 터널링에 의해 전압이 발생하는 양자역학적 특성을 보여줬다. 전압의 존재 유무로 시스템 상태 변화를 검출한 것이다.

또 이 시스템은 양자역학이 예측한 대로 특정한 양의 에너지만을 흡수하거나 방출하는 에너지 양자화 현상도 명확하게 드러냈다.

이번 수상은 1973년 영국 브라이언 조셉슨이 주장한 '조셉슨 효과'를 실험으로 확장했다는 점에서도 큰 의미를 갖는다. 당시 조셉슨은 초전도체 사이에 얇은 절연층을 두었을 때 전압 없이도 전류가 흐를 수 있다는 양자역학 현상을 이론으로 설명해 노벨상을 받았다.

올레 에릭손 노벨물리학위원회장은 "100년 역사의 양자역학이 여전히 새로운 가능성을 선사하고 있다는 점은 놀라운 일"이라며 "양자역학은 모든 디지털 기술의 기초이기 때문에 매우 유용하다. 올해 노벨 물리학상은 양자 암호학, 양자 컴퓨터, 양자 센서 등 차세대 양자 기술 발전에 중요한 영향을 미칠 것"이라고 말했다.