이미 지난해의 일이 되었지만 2025년 노벨물리학상은 ‘거시적인 양자역학적 현상’에 대한 실험들을 수행한 존 클라크, 미셸 드브로예, 존 마르티니스 등 세 명의 물리학자들에게 돌아갔다. 이들은 ‘전자회로에서 거시적인 양자역학적 터널링과 에너지 양자화의 발견’이라는 이유로 노벨상을 받았다.
그런데 많은 언론에서는 이들의 실험이 양자컴퓨터 개발의 토대를 세웠다는 점을 강조했다. 당시 기사들의 제목들을 보면 ‘양자컴퓨터 원리 규명한 ‘초전도 큐비트’ 밑돌’(한겨레), ‘양자 컴퓨터 시대 연 美 3인, 노벨 물리학상 수상’(조선), ‘노벨상, ‘양자컴’에 다시 주목… 40년 전 초석 마련 3인에 물리학상’(동아), ‘‘양자 컴퓨터 시대 열었다’…노벨물리학상에 3인 선정’(중앙), ‘노벨물리학상까지 겹호재…‘양자컴퓨터’가 뭐기에’(연합뉴스) 등이 검색된다. 상을 받은 과학자들이 양자컴퓨터 개발을 염두에 두고 한 실험이 성공함으로써 곧바로 양자컴퓨터의 시대가 열린 것처럼 착각하게 만드는 제목들이다.
그런데 이들에게 노벨상을 안겨준 실험들은 40년 전인 1985년에 이루어졌다. 당시 세 사람은 UC 버클리대의 지도교수, 박사 후 연구원, 대학원생이었으며, 지도교수였던 존 클라크는 이미 83세이다.
사실 ‘거시적 양자현상’은 양자역학에서 매우 근본적인 물음이었다. 20세기 초 양자역학은 원자와 같은 미시세계에만 적용될 뿐 우리가 일상에서 접하는 크기의 영역에서는 성립하지 않는 것으로 여겨졌다. 양자역학의 핵심적인 방정식을 만든 슈뢰딩거는 1935년 대상을 두 가지 이상의 중첩 상태로 기술할 수 있다는 코펜하겐 해석을 반박하기 위해 ‘슈뢰딩거 고양이’란 사고실험을 제시하면서 고양이와 같은 거시적인 존재는 삶과 죽음의 ‘중첩’ 상태로 기술되어서는 안 된다고 주장했다. 이후로 실제 양자역학이 적용되는 크기의 한계는 어디까지인지가 기초물리학에서 중요한 문제가 됐다.
물리학과 같은 기초 연구의 가장 큰 특징은 당장 쓸모가 없어 보인다는 것이다. 연구 초기에는 그 의미를 설명하기조차 어려우며 연구자 스스로도 그것이 어떤 방향으로 이어질지 모르는 경우가 많다. 기초 연구를 응용한 기술은 대체로 수십 년 뒤에야 따라온다. 하지만 그 응용이 나타날 때, 우리는 비로소 그 오래된 연구의 진짜 가치를 이해하게 된다. 노벨상은 이 지점에서 수여되는 것이다. 따라서 업적에 있어서 가장 주도적인 역할을 한 연구자의 나이는 매우 많을 수밖에 없다. 2025년 노벨화학상을 수상한 세 명 중 리처드 롭슨은 88세이고 생리의학상을 수상한 세 명 중 사카구치 시몬은 74세이다. 또한 노벨과학상의 모든 업적들은 수십 년 전에 수행한 연구결과들이다. 20세기 초의 과학혁명처럼 폭발적인 연구가 쏟아져 나오면서 패러다임이 전환되는 시기와는 다르다.
거시적 양자현상 역시 양자역학 자체에 대해 연구하는 물리학자들에게는 중요한 주제가 될 수 있었겠지만 수상자들을 포함해 어떤 사람들도 지금처럼 양자컴퓨터의 중요한 초석이 될 것이라 예측하지 못했다. 그들의 오리지널 논문들에 양자컴퓨터란 단어는 등장하지 않는다. 1980년대 초 리처드 파인만이 양자역학을 시뮬레이션하기 위한 필요성을 제기하며 양자컴퓨터를 처음 언급했고 1985년 데이비드 도이치가 처음으로 이론적 알고리즘을 제시했으며 1994년에 양자암호의 기초가 되는 소인수분해를 효율적으로 처리하는 쇼어 알고리즘이 등장했을 뿐 실제로 어떻게 구현할 것인지에 대해서는 전혀 알려지지 않았다. 필자가 연구자로서 거시적 양자현상에 관심을 가졌던 1990년 말에도 상황은 마찬가지였다.
기초과학 연구에서 효율과 단기적 비전, 나아가 노벨상 자체를 목표로 삼아 주제를 선택한다면 오히려 어떤 독창적인 성과도 만들어내기 어렵다. 그런 길은 이미 세계 곳곳에서 오랜 시간 축적되어 왔기 때문이다. 노벨상으로 이어진 연구들은 대체로 당대의 전략이나 유행과는 거리가 멀었고, 당장 쓸모없어 보이는 질문을 끝까지 놓지 않은 연구들이었다.
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