양자 중첩의 크기와 정도를 수치화 하는 척도 개발

2011.06.08 00:00
국내 연구진이 양자역학에서 나타나는 양자 중첩의 크기와 정도를 측정하고 수치화 할 수 있는 방법을 개발했다. 서울대학교 물리천문학부 정현석 교수팀은 양자 상태가 주어졌을 때 양자 중첩의 크기와 정도 양이 어느 정도인지를 숫자로 나타낼 수 있는 이론적 틀을 개발했다고 8일 밝혔다. 우리가 눈으로 볼 수 있는 거시적인 세계에서는 입자가 한 군데 정확하게 존재할 수 있지만 원자와 전자와 같이 미시적 세계에 존재하는 입자의 위치나 운동량은 정확히 알 수 없다. 정 교수는 “두 가지 상태가 걸쳐서 존재하는 것이 바로 양자중첩”이라며 “확인하기 전까지는 어떤 상태인지 알 수 없는 상태가 미시적 세계관에서 나타난다”고 말했다. 정 교수팀은 양자역학적 위상 공간에서 나타나는 간섭 패턴을 수치화하여 양자 중첩의 크기와 정도를 수치화 하는데 성공했다. 위상 공간은 입자가 어떤 공간에 존재할 수 있는 확률의 분포를 보여주는 공간이다. 정 교수는 “거시적 양자 중첩상태는 미시적 중첩상태에 비해 더 높은 진동수의 간섭 패턴을 보인다”면서 “이 점에 착안해 위상 공간에서 나타나는 간섭패턴의 진동수와 진폭을 계산해 중첩의 크기를 수치화할 수 있다”고 설명했다. 그 동안 과학자들은 보다 큰 물리계를 양자 중첩상태로 만들고자 노력해왔는데 이 상태를 ‘거시적 양자 중첩상태’라고 한다. 하지만 양자 중첩의 물리적 크기와 정도를 동시에 측정하는 것이 쉽지 않았기 때문에 거시적 양자 중첩상태를 수치로 정량화하는 것은 어려운 문제였다. 정 교수팀이 개발한 이론적 틀을 사용하면 입자가 어느 정도의 거시적인 양자 중첩상태에 있는지 알 수 있다. 정 교수는 “이번 연구결과로 물리학자들은 양자역학의 중요한 현상인 양자 중첩을 수치로 정량화할 수 있는 도구를 갖게 되었다”면서 “양자역학을 거시적으로 검증하고 미시세계와 거시세계를 통합적으로 이해하는 틀을 만드는데 중요한 연구”라고 덧붙였다. 이번 연구결과는 물리학분야 학술지 ‘피지컬 리뷰 레터스’ 3일자에 게재됐다.

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