진공이 완전히 비어있는 것이 아니라 미약한 에너지로 채워져 있다고 예측된 지 90년 만에 진공에너지를 직접 형상화하여 입증한 것이다.

향후 이러한 형상화 기술이 양자정보처리에 응용될 경우 보다 효율적이고 안전한 정보처리를 가능하게 할 것으로 기대된다.

서울대 물리천문학부 안경원 교수 연구팀 등(제1저자 이문주 박사)이 수행한 이번 연구는 정부와 한국연구재단이 추진하는 일반연구자지원사업(기본연구)과 중견연구자지원사업(핵심)의 지원으로 수행되었고 연구결과는 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)지 3월 7일자 온라인판에 게재됐다. ( 논문명 : Three-dimensional imaging of cavity vacuum with single atoms localized by a nanohole array )

연구팀은 나노격자와 단일 바륨원자를 검출기로 이용해 진공 에너지의 3차원 공간분포를 형상화하는 데 성공했다.

진공상태에 놓인 두 거울 사이를 원자 하나가 지나가도록 하고 그 사이에 갇힌 진공에너지를 측정한 것이다.

이 같은 형상화 기술과 나노미터 수준의 원자제어 기술은 향후 양자통신이나 양자컴퓨터 같은 양자정보처리 등에 널리 활용될 것으로 기대된다.

연구팀은 높은 에너지 준위에 있는 원자들이 진공 에너지가 만드는 전자기장에 반응하여 빛을 방출한다는 사실을 이용하였다.

나노미터급 크기의 구멍을 통해 바륨 원자 하나하나를 두 개의 거울 사이에 집어넣는 방식으로 원자의 위치를 정확히 제어하면서 원자가 방출하는 광자*를 검출, 진공에너지의 3차원 공간분포를 170㎚의 해상도로 형상화했다. (1나노미터 = 1미터의 10억분의 1).

안 교수는 “원자물리 및 광학 기술과 나노기술을 결합함으로써 지금까지 불가능하였던 연구가 가능했다”면서 “이번 연구의 결과로 새로운 방식의 양자정보처리가 가능할 것”이라고 밝혔다. 연구팀은 향후 진공에너지 응용에 대한 후속연구를 계속할 계획이다.