양자 얽힘 현상이 미시세계가 아닌 일상 현실에서 적용 되는 상황이 있을까요??
양자얽힘은 이미 한 쪽 상황이 정해지면 나머지 상황도 정해져 있기에 정보 전달 속도가 한계가 없다고 알 고 있습니다.
이에 대해 피부에 와닿는 실생활적인 예시가 있을까요??
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.
현실에서는 양자 얽힘 현상이 지금도 일어나고 있지만 우리는 알아채지 못합니다. 왜냐하면 양자역학의 현상은 원자, 전자, 양성자 단위의 미시 세계에서 일어나는 현상이기 때문입니다.
피부에 와닿는 실생활적 예시는 제비 뽑기가 있습니다. 1이적인 종이와 2가 적힌 종이가 있습니다. 그리고 질문자님과 저와 만나서 제비뽑기를 합니다. 질문자님이 하나 뽑고, 다른 하나는 제가 뽑습니다. 그리고 저와 질문자님은 다시 집으로 돌아갑니다. 그 상황에서 저와 질문자님께서는 결과를 확인하지 않았기 때문에 1인지 2인지 모릅니다. 단순히 확률만 존재할 뿐이죠. 이러한 상황을 양자역학에서는 1과 2가 중첩된 상태로 표현합니다. 그런데, 만약 질문자님께서 너무 궁금해 종이를 펼쳐보게 되었는데 1이 나왔습니다. 그러면 상태는 더 이상 중첩되지 않고 1로 결정되었죠. 그 순간 저의 결과도 2로 결정된 것이죠. 먼거리에 떨어져 있음에도 불구하고 질문자님께서 하신 행동하나로 저의 상태가 결정되버린 것이죠. 즉, 저와 질문자님은 제비뽑기로인해 얽힌 상태가 된 것입니다. 이러한 것을 양자 얽힘이라 합니다.
빅뱅이론에 따르면 우리 우주가 한점에서 시작되었고 모든 물질은 한 곳에서 나오게 되었습니다. 그러면, 초기에 있던 물리량 중 보존되는 물리량이 있을 텐데, 이러한 것들이 흩어지면 전부 얽힌 상태가 된 것이죠. 그렇지만 이러한 얽힘을 이용하기에는 세상에 물질은 너무 많고 복잡하여 다룰 수도 없으며, 해석도 힘든 현실입니다.
<참고>
양자역학에서는 이러한 중첩된 상태가 다수 존재합니다. 조금 어려운 이야기가 될 수 있지만, 실제 예시를 들어 설명드리겠습니다. 흔히 많이 드는 예시로 파이온(π0)을 듭니다. 파이온은 중간자(meson)로 붕괴하게 되면 전자와 양전자(전자의 반입자)로 쪼개집니다. 그런데, 이렇게 쪼개질 때 보존되는 양이 있습니다. 전하량, 스핀량이 보존됩니다. 파이온의 경우 스핀이 0인 파이온입니다. 그리고 파이온이 두 입자로 쪼개지면서 하나가 스핀 up이 되면, 다른하나는 스핀 down이 됩니다. 그래야만 스핀의 합이 0이되어 보존되기 때문이죠. 그리고 스핀을 측정하기 전까지 전자와 양전자에 대해 스핀 up인지 스핀down인지 모르며 중첩되어있습니다. 만약, 전자를 가지고 스핀값을 측정하게 되어 스핀 up인지 down인지 알아냈다면, 양전자의 스핀의 상태도 결정이 되버리는 것이죠. 즉, 파이온이 붕괴되면 전자와 양전자로 나뉘어지며 양자 얽힘이 발생한 것입니다.
안녕하세요. 이상현 과학전문가입니다.
양자 순간이동이라고도 하는데요, 이것은 광자의 양자 얽힘을 이용해 양자정보를 한 곳에서 사라지게 하고 다른 곳에서 나타나게 하는 전송 방법으로 사용됩니다.
현재 적용되고있는 분야는 양자컴퓨터와 양자 통신 등에 응용되고있습니다.
감사합니다.
통신 강국인 중국에서는 이미 양자 얽힘 현상을 이용해 통신 기술을 개발하고 있습니다.
양자얽힘의 특성을 이용해 양자암호를 생성하여 통신에 보안까지 적용이 가능하다고 합니다.