ICT/융합

새로운 양자상태의 발견으로 극저온양자 시뮬레이션 연구기회 제공

발행일 : 2019 / 06 / 14

최근 중국과기대학 판젠웨이(潘建偉) 연구팀은 최초로 보즈-아인슈타인 응축물에서 폭넓은 d파 포텐셜형 산란공명을 관측함과 아울러 d파 분자 초유동의 존재를 간접적으로 입증했다. 이번 실험적 발견은 초저온 원자 양자시뮬레이션 연구에 새 가능성을 제공했을 뿐만 아니라 고차 부분파(partial wave) 상호작용 주도의 소체/다체 양자물리 연구를 위한 토대를 닦았다. 해당 성과는 “Nature Physics”에 게재되었다.

입자 간 충돌산란은 기본적이면서도 중요한 상호작용이다. 원칙적으로 우주탄생 초기의 원소생성은 물론 일상생활속의 화학반응 모두 산란 양자이론으로 묘사할 수 있다. 산란 파동함수의 대칭성에 근거해 산란 과정을 등방성의 s파와 비등방성의 p, d파 등 고차 부분파로 나눌 수 있다. s파 산란에 비해 고차 부분파 주도의 양자 다체시스템은 보다 풍부하고 흥미로운 현상을 나타낸다. 하지만 고차 부분파 산란 과정은 너무 복잡하고 이론 계산에 필요한 자원이 클래식 컴퓨팅의 능력을 크게 초과해 관련 물리현상에 대한 이해를 제한하고 있다.

연구팀은 최초로 보즈-아인슈타인 응축물에서 폭넓은 d파 포텐셜형 공명을 관측했다. 산란공명 부근에서 보즈-아인슈타인 응축물의 수명은 수백 밀리초에 이르러 다체시스템의 평형시간보다 훨씬 길었다. 아울러 d파 공명은 초저온, 넓은 공명 대역폭, 장수명 등 3대 요소를 동시에 보유하기에 d파 상호작용 기반의 양자시뮬레이션 연구에 더할 나위 없는 플랫폼을 제공했다.

심층적 연구결과, 주사자기장이 일정 속도로 공진점을 통과시 시스템은 원자와 d파 분자 간 결맞음 전환을 달성했고 장수명의 집단여기진동을 자발적으로 발생했다. 집단진동 주파수, 진폭, 원자수 정밀측정 및 주사자기장 속도와의 관계 분석을 통해 시스템 내부에 이미 대량의 초저온 d파 분자가 존재함을 입증했다.

해당 연구결과는 d파 분자가 이미 새로운 양자물질 상태—d파 분자 초유동을 형성했음을 설명한다. 해당 연구는 향후 d파 분자 초유동 연구에 기반을 마련했다.