TU Wien의 연구진은 양자 물질에서 전자가 입자처럼 행동하지 않지만 여전히 특이한 위상학적 상태를 나타내는 현상을 발견했다고 발표하며, 이는 양자 물리학에 대한 기존의 이해에 도전하는 것이다. 2026년 1월 15일에 발표된 이 연구 결과는 변형을 통해 보존되는 속성을 연구하는 수학 분야인 위상수학이 이전보다 더 근본적이고 널리 퍼져 있음을 시사한다.

수십 년 동안 물리학자들은 양자 역학이 전자의 위치에 대한 불확실성을 규정함에도 불구하고 전자가 물질을 통과하는 작은 입자처럼 행동한다는 가정하에 연구를 진행해 왔다. 이러한 입자 같은 행동은 전자 공학에 혁명을 일으킬 수 있는 고유한 양자 속성인 위상학적 상태의 출현에 필수적인 것으로 여겨졌다. 그러나 새로운 연구는 이러한 상태가 입자 그림이 완전히 무너질 때에도 존재할 수 있음을 보여준다.

비엔나 공과대학교의 프로젝트 책임 연구원인 Anna Muller 박사는 "이는 패러다임의 전환입니다."라고 말했다. "우리는 위상학적 상태의 기본 원리가 개별 입자처럼 행동하는 전자와 무관하다는 것을 보여주었습니다. 이는 재료 설계 및 양자 기술에 대한 완전히 새로운 가능성을 열어줍니다."

이번 발견은 실험실에서 합성된 새로운 양자 물질에 초점을 맞추고 있다. 연구팀은 첨단 분광 기술을 통해 이 물질 내의 전자가 더 이상 정의된 궤적을 가진 뚜렷한 개체로 행동하지 않는다는 것을 관찰했다. 대신, 그들은 개별 입자의 개념이 의미를 잃는 집단적이고 비편재화된 상태를 형성했다. 그럼에도 불구하고, 이 물질은 결함과 불순물에 면역인 보호된 전자 경로로 특징지어지는 강력한 위상학적 상태를 나타냈다.

이 연구의 의미는 다양한 산업, 특히 첨단 전자 장치 및 양자 컴퓨터 개발에 중점을 둔 산업으로 확장된다. 위상학적 물질은 내결함성 양자 비트(큐비트)와 초고효율 전자 부품을 만들 수 있는 잠재력으로 인해 높은 수요가 있다. 이러한 물질을 찾는 전통적인 접근 방식은 입자 같은 행동을 지원하는 특정 전자 밴드 구조를 찾는 것을 포함했다. 새로운 연구 결과는 더 넓은 탐색 공간을 제시하며, 이는 향상된 속성을 가진 새로운 위상학적 물질의 발견을 가속화할 수 있다.

이번 연구에 참여하지 않은 IBM의 양자 컴퓨팅 전문가인 David Chen 박사는 "이 연구는 위상학적 양자 컴퓨터 개발에 큰 영향을 미칠 수 있습니다."라고 말했다. "입자 같은 전자에 의존하지 않고 위상학적 상태를 생성하는 능력은 보다 안정적이고 확장 가능한 큐비트로 이어져 이 분야의 주요 장애물을 극복할 수 있습니다."

TU Wien의 연구팀은 현재 이 새로운 물질의 속성을 더 자세히 탐구하고 유사한 현상이 발생할 수 있는 다른 물질을 조사하는 데 집중하고 있다. 그들은 또한 이러한 입자 없는 위상학적 상태의 기본 물리학을 더 잘 이해하기 위한 이론적 모델을 개발하고 있다. 연구팀은 다음 분기 내에 상세한 재료 합성 프로토콜 및 특성 분석 데이터를 공개하여 다른 연구 그룹이 그들의 연구 결과를 복제하고 발전시킬 수 있도록 할 계획이다.