양자역학의 지연된 선택(delayed choice)을 쉽게 설명해 주실 수 있나요?

Question

양자역학의 지연된 선택에 관한 이론을 보았는데, 문과인 저로써는 잘 이해가 안되네요.

이를 어린아이도 알기 쉽게 풀어 설명해주실 수 있으실까요?

Answer 1

안녕하세요. 김태헌 과학전문가입니다.

하나의 광자나 확률파를 빔 분할기에 입사합니다. 무작위로 분할된 광자의 흐름이 상호작용할 수 없는 두 개의 경로를 따라 통과하는 것으로 생각하면 어떤 광자가 다른 광자나 자신과 간섭할 수 없을 것으로 보입니다. 그러나 광자의 생성 속도가 느려져 한 번에 하나의 광자만 장치에 들어가게 되면 공통의 하나 혹은 복수의 탐지기에서 일치하도록 하면 간섭 현상이 나타나기 때문에 광자가 하나의 경로로만 이동하는 것으로 이해할 수 없습니다. 즉 하나의 광자임에도 여전히 두 개의 슬릿과 상호작용하는 것이죠. 광자가 감지될 때까지 경로의 중첩에 있다는 것을 꼭 기억하세요. 두 번째 빔 분할기가 도입되어 파란색, 빨간색 경로에 해당하는 과정도 볼게요. 두 번째 빔 분할기를 도입해 광자가 하나 또는 다른 경로를 따라 '실제로' 이동했다고 가정할 수 없으므로 우리가 아무리 주의한다 한들 경로 정보가 지워졌다고 보는 게 맞겠죠. 빔을 재결합하면 각 출구 바로 뒤에 위치한 감지 화면에서 간섭 현상이 발생하게 됩니다. 한 쌍의 얽힌 광자를 다룰 때에는 간섭계와 만나는 광자가 혼합 상태가 되어 데이터의 적절한 하위 집합을 선택하기 위한 동시 계수기가 없다면 가시적인 간섭 패턴이 없어집니다.

[출처] [양자역학] 양자 얽힘(1)- 양자 지우개 실험|작성자 울곽 물리팸

Answer 2

안녕하세요. 김학영 과학전문가입니다.양자역학의 지연된 선택(delayed choice)은 일종의 이론적 실험으로, 파동-입자 이중성(dualism)이라는 양자역학의 기본 개념과 관련이 있습니다.

이 실험에서는, 광자(photon)와 같은 입자가 빛 전자현미경 등의 장비로 측정될 때, 어떤 형태로 측정하느냐에 따라 그 특성이 결정되는 현상이 나타납니다. 그러나 이러한 입자가 어떤 형태로 측정될 것인지를 결정하는 것은 측정이 일어난 직후에 일어나는 것이 아니라, 미래의 시간에 해당 입자에 대한 측정이 이루어지는 장소에 따라 결정됩니다.

즉, 입자가 측정된 후에 그것을 측정하기 위한 장치가 설정되면, 그것이 어떤 형태로 측정될지 결정되고, 그렇지 않으면 어떤 형태로 측정되었는지 결정됩니다. 이러한 현상은 입자가 동시에 모든 가능한 상태를 가지고 있으며, 측정에 의해 특정 상태로 결정되는 것이 아니라 측정을 하기로 결정된 시점에 선택된 상태를 가지게 된다는 것을 나타냅니다.

이러한 실험은 양자역학에서 입자와 파동의 이중성에 대한 이해를 넓히고, 양자역학의 기본 원리를 이해하는 데 중요한 역할을 합니다.