[스크랩] 양자이론 난제 한국과학자가 해결- 슈뢰딩거의 고양이 실험

양자이론 난제 한국과학자가 해결

호주 퀸즈랜드대 정현석 박사 '슈뢰딩거의 고양이' 실험 구현
'꿈의 양자 컴퓨터' 현실화 접근 의미

양자이론의 교과서적 문제인 ‘슈뢰딩거의 고양이’가 실제 실험으로 구현됐다. 호주 퀸즈랜드대

양자컴퓨터기술센터 연구원인 정현석 박사는 세계적 학술지 <네이처>에 16일자에 “빛으로 슈

뢰딩거의 고양이 상태를 만들었다”는 논문을 발표했다.

슈뢰딩거의 고양이란 양자이론 방정식을 창안한 어윈 슈뢰딩거가 만든 사고(思考)실험(실제

실험이 불가능할 때 가상의 실험상황을 추론하는 것)이다. 미시세계의 존재인 원자나 전자는

입자인 동시에 파동이거나, 서로 다른 위치에 동시에 존재하는 ‘중첩 상태’가 일반적이다.

 

입자가 어떤 상태인지는 오직 확률로만 알 수 있으며(이를 계산하는 것이 슈뢰딩거가 만든 방

정식이다) 관측행위를 하는 순간 입자 또는 파동으로 결정된다. 슈뢰딩거 고양이란 1시간 내에

분열할 확률이 50%인 입자와 고양이를 상자 속에 가두고 핵분열이 일어날 때 독가스가 나오도

록 하는 실험이다.

이 경우 상자 뚜껑을 열기 전까진 양자이론에 따라 입자가 붕괴상태와 붕괴되지 않은 상태로 중첩돼 있듯이 고양이도 살아

있는 상태와 죽은 상태가 중첩돼 있다는 것이다. 슈뢰딩거는 양자이론을 거시세계로 확장해 그 모순(살아있는 상태와 죽은

상태의 중첩이라는 모순적 상황)을 지적하려 한 것이었으나, 사실상 거시세계에서 양자 현상을 구현하는 것이 불가능했다.

 

이론물리학자인 정 박사는 광자(빛의 입자)빔을 반거울(빛의 반은 반사하고 반은 통과시키는 거울)로 둘로 나눈 뒤 한쪽에

선 광자들이 서로 다른 위치에 중첩돼 있도록 만들고 다른 한쪽에선 이를 측정할 수 있는 아이디어를 내놓았고, 프랑스 파

리-쉬드 대학의 필립 그랑지에 교수팀이 이 아이디어를 실험으로 구현했다.

결과적으로 연구팀은 생사가 중첩된 슈뢰딩거의 고양이처럼 위치가 중첩된 다수의 광자를 만들어 측정하는 데에 성공했다.

정 박사는 “이번에는 2개의 광자로 실험했지만 광자의 수를 늘려서 거시적으로 슈뢰딩거 고양이 상태를 만들 수 있음을 이

론적으로 확인했다”며 “지난 20여년간 이론적 논의에 그쳤던 슈뢰딩거의 고양이 상태를 빛으로 만들어 낸 것”이라고 설명했

다.

이러한 연구결과는 양자컴퓨터를 현실화하는 데에 한걸음 다가섰다는 중요한 의미가 있다. ‘꿈의 컴퓨터’로 불리는 양자컴

퓨터는 중첩된 양자상태를 이용해 복잡한 계산을 병렬적으로 순식간에 끝낼 수 있지만 거시세계에서 양자상태를 유지하는

것이 난제였다. 하지만 이번 연구로 그 문제의 해결 가능성이 높아졌다.

http://robin324.tistory.com/category/Etc?page=2

****************** 슈뢰딩거의 고양이(Schrödingers Katze)실험

슈뢰딩거의 고양이(Schrödingers Katze)는 1935년에 오스트리아의 물리학자 에르빈 슈뢰딩거가 양자역학의 불완전함을

보이기 위해서 고안한 사고 실험이다. 양자역학에 의하면, 미시적인 세계에서 일어나는 사건은 그 사건이 관측되기 전까지

는 확률적으로밖에 계산할 수가 없으며 가능한 서로 다른 상태가 공존하고 있다고 말한다. 그런데 슈뢰딩거가 제안한 이 사

고 실험은 우연적으로 일어나는 미시적인 사건이 거시적 세계에 영향을 미칠 때 어떻게 되는가를 보여주는 것으로, 하나의

패러독스로서 거론된다.

이 사고 실험에는 방사능을 가진 원자핵과 고양이 한 마리가 등장한다. 고양이는 외부 세계와 완전히 차단된 상자 속에 들어

있고, 이 상자는 독가스가 들어있는 통과 연결되어 있다. 독가스는 벨브에 가로막혀 상자 속으로 들어갈 수 없으며, 독가스

가 든 통 역시 외부 세계와 완전히 차단되어 벨브가 열리는지 볼 수 없다. 이 벨브는 원자핵이 든 기계 장치와 연결되어 있는

데, 그 기계 장치는 원자핵이 붕괴하여 방사능을 방출하면 그것을 검출하여 벨브를 연다. 벨브가 열린다면 고양이는 독가스

를 마셔 죽게 된다. 그리고 처음에 원자핵은 단위 시간 당 50%의 확률로 붕괴하도록 세팅되어 있다. 그렇다면 그 단위 시간

이 흐른 후에 고양이는 50%의 확률로 살아 있거나 죽어 있을 것이다.

양자역학에 따르면 관측하지 않은 핵은 '붕괴한 핵'과 '붕괴하지 않은 핵'의 중첩으로 설명되지만, 한 시간 후 상자를 열었을

때 관측자가 볼 수 있는 것은 "붕괴한 핵과 죽은 고양이" 또는 "붕괴하지 않은 핵과 죽지 않은 고양이"뿐이다. 그럼 언제 이 계

의 중첩 상태가 끝나고 하나의 상태로 고정되는가?

일반적인 믿음과는 달리, 슈뢰딩거는 "죽기도 하고 살기도 한 고양이"가 진짜로 존재한다고 주장했던 것은 아니다. 오히려

그는 양자역학은 불완전하며 현실적이지 않다고 생각했다. 고양이는 반드시 살아있거나 죽은 상태여야 하기 때문에(그 둘

사이의 어디쯤이 아닌), 양성자 역시 붕괴했거나 붕괴하지 않았거나 둘 중 하나라는 것이다.

 

일반적으로 받아들여지는 코펜하겐 해석에 따르면 이 실험에서는 관측자가 상자를 여는 동시에 상태가 고정된다. 즉 대상에

대한 관측 행위가 대상의 상태를 결정한다는 것이다.

다중 세계 해석에서는 핵이 붕괴하는 순간이 분기점이 되어 고양이가 살아 있는 세계와 고양이가 죽은 세계가 분리되어 평

행 우주가 되고 서로에게 영향을 주지 않는다고 해석한다.

 

출처:위키백과

출처 : 미래마음연구소

글쓴이 : 마음나무 원글보기

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