과학자가 처음으로 거시적 양자 얽힘을 직접관찰하다

"양자 얽힘"은 오직 양자 시스템에서만 발생하는 신기한 현상입니다. 두 개의 얽힌 양자는 수 광년의 거리만큼 떨어져 있어도 순간적으로 서로 영향을 미칠 수 있으며, 이런 상호 작용의 속도는 빛의 속도를 능가하고 시간과 공간의 한계를 깨뜨렸습니다.
 
양자 역학은 기본 입자에서 거시적 물체까지의 운동 법칙을 제어하지만, 거시적 물체의 움직임에 대해서는 이런 제어가 종종 그리 명확하지 않습니다. 많은 요인의 간섭으로 인해 고전 물리학에 대한 양자 효과로 생기는 편차가 거의 보이지 않게 되었습니다. 따라서 거시적 물체의 양자 효과를 확인하고 측정하는 것은 양자 세계를 탐험하는 데 매우 중요합니다.
 
최근 과학자들은 양자 연구의 두 가지 성과를 거두었습니다. 연구 중 하나는 거시적 물체의 양자 얽힘에 대한 직접적인 증거를 발견한 것입니다. 또 다른 하나는 유사한 시스템에서 양자 역학의 불확실성 원리를 우회하는 것입니다.
  한 연구에서 과학자들은 마이크로파 펄스를 사용하여 두 개의 작은 알루미늄 필름을 양자 얽힘 상태로 진입하게 했습니다. 두 개의 알루미늄 필름이 회로와 연결되어 저온 챔버에 배치됩니다. 과학자가 펄스 마이크로파를 적용할 때, 회로가 알루미늄 필름 막과 상호 작용하는데 이로부터 알루미늄 필름 막의 진동 모드를 제어합니다. 이런 조건에서 알루미늄 필름 막은 약 1밀리 초의 양자 상태를 유지할 수 있습니다.
 
마이크로파가 양자 상태의 알루미늄 필름 막에 반사된 후 신호 표시기에 의해 수신됩니다. 반사 전과 후의 마이크로파 특성을 비교함으로써 연구원들은 알루미늄 필름 막의 위치와 운동량 정보를 분석할 수 있습니다. 연구팀은 반사된 마이크로파를 자세히 분석했습니다.
거시 세계에서 반사되어 되돌아 오는 마이크로파는 마땅히 랜덤이어야 합니다. 그러나 결과를 그래프로 만들었을 때 마이크로파가 특정 패턴을 갖고 있음을 발견했습니다. 즉, 두 개의 알루미늄 필름 중 하나는 상대적으로 평정한 상태이고 다른 하나는 약간 경미한 떨림이 있습니다. 이는 두 개의 알루미늄 필름이 양자 얽힘이 발생했음을 나타냅니다.
 
또 다른 연구에서 과학자들은 8밀리 켈빈 온도에서 두 개의 알루미늄 고막이 장기적이고 상대적으로 안정적인 얽힌 상태로 들어가게 합니다. 이 얽힘 상태에서 연구원은 동일한 얽힘 상태에 대해서 여러 차례 측정을 진행할 수 있습니다. 그래서 양자 역학의 불확실성 원리를 우회합니다. 실험에서 고막 진동의 위상은 항상 반대입니다. 이 경우 두 개의 드럼을 한 개의 양자 역학의 실체로 간주하면 드럼 운동 상태의 불확실성은 제거됩니다.
 
이 연구에서 과학자들은 반작용 회피 원칙을 사용했습니다. 본질적으로 그들은 각 드럼의 위치와 운동량을 측정하지 않았습니다. 그러나 회로 전압에 대한 고막 움직임의 영향을 통해 알루미늄 고막 운동량의 합을 측정했습니다.
 
두 실험 모두 거시적 물체가 양자 얽힘을 실현할 수 있음을 입증했습니다. 양자 얽힘 상태에서 물체의 움직임은 고전 물리학의 설명과는 좀 다릅니다. 얽힌 물체 사이의 공간적 거리가 아무리 멀더라도 그것들은 모두 독립적으로는 설명될 수 없습니다. 이것이 고전 물리학과 뚜렷한 구별이 되는데, 바로 새로운 양자 기술 배후의 핵심 이론적 지원 중 하나입니다.
 
미래에는 이러한 기술의 진보로 인해 고도로 얽힌 양자 시스템이 양자 네트워크에서 장기적인 네트워크 노드 역할을 할 수 있을 것입니다. 또한 연구 중인 고효율 측정 방법은 양자 통신 또는 양자 네트워크 노드 간의 얽힘 스와핑과 같은 응용에 대해서도 도움이 될 것입니다.