내가 달을 쳐다보지 않으면 달이 존재하지 않나?
나의 관측과 상관없이 달은 언제나 저기 있는 것이다.
알버트 아인슈타인
양자 이론에 따르면 물질은 입자이기도 하고 동시에 파동이기도 하다
모든 존재는 마음이 만들어 낸다-입증
다만 외부에서 관측되면 파동성이 깨져 구체적 위치를 점하는 입자로 나타난다는 것이
양자 이론을 구축한 닐스 보어의 설명이다
포스텍 물리학과 이후종(55) 교수, 부산대 물리학과 정윤철(42) 교수,
전남대 물리학과 강기천 교수 공동연구팀은
<네이처 피직스(Nature Physics)> 3일자 온라인판에
입자-파동의 이중성은 정보가 누설되는 순간 깨진다는 것을 보이는 연구논문을 발표했다
일반적으로 받아들여지는 해석은 관측도구가 어떤 식으로든
관찰대상과 접촉, 에너지를 전달하기 때문에 파동성이 사라진다는 것이었다.
수학적인 불확정성 원리를 이용한 설명이 리처드 파인만에 의해 정리돼 널리 받아들여지고 있다.
하지만 국내 연구팀의 실험결과는 다르다.
연구팀은 지름이 1㎛(0.001㎜)쯤 되는 동그란 미로를 만들어
전자를 아래에서 위로 통과시켜 흐르게 했다.
전자가 파동이라면 아래쪽 입구에서 좌우 양 갈래로 미로를 통과한 전자는
위쪽 출구에서 만나 간섭을 일으킨다.
간섭이란 호수에 돌 두 개를 던져 생긴 두 개의 동심원 파동이 하나의 큰 물결로 합쳐지는 것이다.
원형 미로의 오른쪽에는 전자가 지나갔는지 알 수 있는 검출기가 달려있다.
다만 전자는 출구로 나가지 않고 원형 미로를 빙 돌 수 있어서,
검출기를 지나친 전자가 오른쪽 길에서 온 것인지
왼쪽에서 한바퀴 더 돌아 온 것인지 알 수 없는 경우가 있다.
흥미롭게도 전자의 이동경로를 정확히 알 수 없는 경우에는 전자가 파동처럼 간섭을 일으키고,
이동경로를 알 수 있는 경우에는 간섭무늬가 나타나지 않았다.
전자가 검출기를 지나면서 이동경로가 명백히 드러난 경우(왼쪽 그림)에는
파동성이 사라지는 반면, 전자가 한바퀴를 더 돌아 이동경로를 알지 못한 채
검출기를 지날 경우(오른쪽 그림)에는 검출기와 상호작용을 하더라도 파동성이 유지된다
검출기와 상호작용을 했더라도 위치 정보만 누설되지 않으면 파동성은 유지되는 것이다.
이후종 교수는 “전통적 해석과는 달리 전자의 파동성이 깨지는 것은
검출기를 지나면서 운동량의 전달 받았기 때문이 아니라
정보가 밝혀지느냐에 달려있음을 보인 것”이라고 설명했다.
마음의 정보가 물질 유지
다시 말해 파동이기도 하고 입자이기도 한 어떤 대상을
손으로 만져보면(관측) 만진 충격 때문에 파동성이 사라진다’는 게 일반적 해석이었지만,
이번 실험은 ‘아무리 만져도 파동인지 입자인지 모르면 이중성은 유지된다’는 것이다.
물리학이 아닌 철학적 논쟁처럼 보이지만
이번 실험결과는 양자컴퓨터의 구축에 중요한 기초가 될 수 있다.
정윤철 교수는 “양자컴퓨터를 만드는 장벽 중 하나는
정윤철 교수는 “양자컴퓨터를 만드는 장벽 중 하나는
수많은 소자를 집적해 양자성이 어떻게 유지될 수 있느냐 하는 것”이라며
“경로정보가 누출되지 않도록 한다는 등의 양자성 유지 조건을
규명하는 데에 기여할 것”이라고 말했다