원자시계의 한계를 양자 얽힘으로 돌파

원자 2개를 양자 얽힘 상태로 만듦으로써 원자시계의 정확도가 향상되었다.

원자시계는 가장 정확하게 시간을 알려 주는 시계로 잘 알려져 있다. 원자시계는 원자가 흡수 방출하는 전자기 에너지의 주기가 일정한 것을 이용해 정확한 시간을 나타낼 수 있다.
그러나 원자시계에도 미시 입자의 움직임을 지배하는 양자 역학의 원리에 따른 ‘양자 한계’라는 정확도의 한계가 있다.

영국 옥스퍼드 대학교의 니콜(B. C. Nichol) 박사 연구팀은 기존과 같은 원자 1개가 아니라 2개의 원자를 이용함으로써 양자 한계를 넘어서는 전혀 새로운 원자시계 개발에 세계 최초로 성공했다.
약 2m 떨어진 장소에 2개 원자를 두고 그들을 ‘양자 얽힘’이라는 상태로 만듦으로써 2개 원자를 접속시키는 새로운 기술이 이번 연구의 성공을 이끌어 냈다고 한다.
1개 원자를 이용하는 기존 광 원자시계에 비해 원자 한계에 의한 오차가 약 1.4배 감소해 시각의 정확도는 약 2배 향상되었다고 한다.
연구팀에 따르면, 원자 2개를 2m보다 멀리 떨어뜨려도 작동시킬 수 있으므로 멀리 떨어진 장소에서도 정확한 시각을 공유할 수 있다고 한다.

이번 연구 성과는 시간·공간에 대한 여러 가지 기본 물리 상수의 변화나 암흑 물질의 탐색 등 미지의 물리 현상 발견으로 이어질 수 있을 것으로 보인다.

출처: Nature. 2022년 9월 7일, 뉴턴 2023-01