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[상식] 양자얽힘

koosal 2016. 8. 20. 08:04

중국의 양자통신 위성의 원리? / 양자얽힘이란? / 양자얽힘의 정의 


중국이 양자통신 위성을 발사했다고 한다.[ref. 1] 그것이 어떻게 동작하는지 궁금해서 찾다가, "양자얽힘"(quatum entanglement) 이 나왔다. 여기서는 "양자얽힘"에 대해 이해한 바를 내마음대로 설명해 보려한다.


양자역학

양자역학에 대한 대략적인 설명은 아래 글들을 통해서 파악하도록 하자.



양자 얽힘

양자 얽힘은 아직 직관적인 표현인듯 하다. 양자얽힘은 말 그대로 "양자가 서로 얽혀있다" 는 뜻이다.

ref. 1의 정의를 보면 입자가 서로 상호작용하는 것을 이야기한다.

Quantum entanglement is a physical phenomenon that occurs when pairs or groups of particles are generated or interact in ways such that the quantum state of each particle cannot be described independently of the others, even when the particles are separated by a large distance[1] — instead, a quantum state must be described for the system as a whole.
양자얽힘은 pairs(쌍) 또는 입자의 그룹들(groups of particles) 이 만들어지거나 상호작용할 때 발생하는 물리적인 현상이다.
입자(particle)의 그룹이나 쌍(pair)이 "각 입자의 양자 상태"(quantum state)를 다른 입자의 "양자상태"에 대해 독립적으로 설명할 수 없는 방법으로 만들어지거나 상호작용할 때 일어나는 현상이다.
흔히 알려진 이야기가 우리가 입자(particle)의 pair (A, B 라고 하자.)가 있는데, 이녀석들은 총회전(total spin) 이 0이 되도록 만들어졌다고 하자. 그러면 우리가 한 축에 대해서 회전을 관찰했더니, particle A 가 오른쪽으로 돌고 있었다고 한다면, 다른 particle B 는 그 축에 대해서 왼쪽으로 돌고 있을 것이다. 그들의 "얽힘"(entanglement) 때문에 말이다.

그런데 이 얽힘이 생각보다 더 지독하다(?). 양자를 잘 모르지만, 양자는 관찰을 하는것 그러니까 "이 양자를 쳐다보는 행위"도 양자의 상태(state) 에 영향을 준다. 그래서 만약 다시 위의 행위를 반복하면, 이번에는 A 가 왼쪽으로 돌고 있을 수 있다. 이런 상태라면 B 는 오른쪽으로 돌고 있는 상태가 된다.

여기에 더 재밌는 점은 이 particle A, B 가 아무리 먼거리에 있어도 이 관계가 동작한다고 한다. 그러니까 한쪽이 왼쪽으로 돌고 있다면 한쪽은 무조건 오른쪽으로 돌고 있게 되는 것이다.

ref. 3 에 보면 실험을 한 사진이 있는데, 먼거리에서도 이런 현상이 유지되는 것을 확인할 수 있다.



내 멋대로 설명

여기서 이야기하려는 것은 이런 논리적인 이야기보다는 이것이 어떤 느낌인지를 설명하려 한다.

우리는 우리 주위의 익숙한 모습으로 양자의 모습을 이해할 수 있다. 이 얽힘을 그런 식으로 표현하자면 그러니까 이것은 마치 긴 막대기 같은 것이다. 2개의 particle 이 "얽힘" 이라면, 그 2개의 particle 은 그냥 하나의 '막대기' 이다.

그래서 한쪽이 내려가면 다른한쪽은 동시에 올라가는 것이다. 이 막대기는 손오공의 여의봉처럼 한없이 늘어난다.

이것이 "양자얽힘" 이라고 보면 될 듯 하다.

사실 자세하게 들어가면 다르긴 하다. 막대기는 힘을 전달하는 "매체"가 있지만, 양자얽힘에는 그 매체가 없다. 그래서 말이 안돼 보이기는 하는데, 실제로 증명이 됐다고 하니, 믿어야지.^^





설명은 허접했지만, 조금이나마 과학지식이 전달됐으면 한다.



Reference

  1. 중국 세계 첫 양자통신 위성 발사 성공 - 대한민국 IT포털의 중심! 이티뉴스, 2016-08-16
  2. Quantum entanglement - Wikipedia, the free encyclopedia
  3. 한국일보 : 국제 : 아인슈타인이 부정한 ‘양자 얽힘’ 증거가 나와





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