과거에는 빠르게 발생한 현상이 즉각적이라고 불리웠습니다. 하지만 최근의 실험들은 입자들이 마치 즉시 이동하는 것처럼 보일 때조차, 양자 얽힘과 같은 상황에서는 측정 가능한 시간 간격이 실제로 존재함을 드러내고 있습니다.
이러한 발견은 전자가 원자를 탈출하는 과정이나 얽힌 쌍이 형성되는 방식 등과 같은 과정에 대한 흥미로운 질문을 제기하며, 여러 기술적 응용에서의 향상된 제어를 위한 기반을 마련합니다.
아토초 단위의 측정
과거에는 전자가 원자를 돌다가 빛의 섬광에 의해 끌려나가는 것으로 여겨졌습니다. 마찬가지로, 입자들이 충돌하며 지체 없이 얽힌다고 가정되었습니다.
아토초 규모의 측정 기술의 발전으로 과학자들은 이러한 빠른 현상을 면밀히 관찰할 수 있게 되었고, 이는 양자 통신과 미래의 컴퓨팅 기술에 영향을 미칠 수 있는 상호작용에 대한 깊은 통찰을 제공합니다.
아토초 이해하기 – 기본 개념
아토초는 1퀀 제곱(1 뒤에 18개의 0이 있는 숫자)으로 정의되는 극도로 짧은 시간 단위입니다. 이 시간을 이해하려면, 이 시간 동안 빛이 인간의 머리카락 넓이만큼 이동하는 것처럼 보입니다.
연구자들은 아토초 측정을 활용하여 전자의 움직임을 관찰합니다. 이는 우주에서 가장 빠른 존재들 중 하나입니다. 이는 고속 카메라를 사용하여 이전에는 접근이 불가능했던 양자 영역의 사건들을 목격하는 것과 유사합니다.
양자 얽힘의 시간 척도
TU Wien의 이론 물리학 교수인 요하임 부르크도르퍼는 “입자들은 개별적인 속성을 가지지 않으며, 공통의 특성을 공유합니다. 수학적으로 그들은 물리적으로 떨어져 있어도 연결된 상태를 유지합니다.”라고 언급합니다.
부르크도르퍼 교수와 그의 중국 연구자들은 Physical Review Letters에 발표한 논문에서 양자 얽힘이 초고속 시간 프레임에서 발생할 수 있는지 탐구합니다. 이와 관련하여 이바 브레진로바 교수는 얽힘을 발생시키는 메커니즘을 밝혀내고 이러한 놀라운 짧은 시간 간격 동안 역할을 하는 물리적 효과들을 식별하는 데 집중하고 있다고 합니다.
연구 방법론
연구자들은 원자에 고주파 레aser 펄스를 사용했습니다. 이 과정은 첫 번째 전자가 이탈하도록 하며, 특정 조건에서는 두 번째 전자가 에너지를 얻어 더 높은 궤도로 상승하게 됩니다.
“우리는 이 두 전자가 양자 얽힘 상태가 되는 것을 증명했습니다.”라며 부르크도르퍼는 말합니다. “그들은 쌍으로만 분석될 수 있으며, 하나를 측정하면 다른 하나에 대한 통찰이 동시에 얻어집니다.”
태어남과 동시에 얽힘
탈출한 전자의 타이밍은 남아 있는 전자의 상태와 본질적으로 연결되어 있습니다. “이것은 전자가 원자를 떠나는 정확한 순간이 본질적으로 불확정적이라는 것을 의미합니다. 기술적으로 전자는 여러 상태의 양자 중첩에 있으며, 원자를 떠난 시간은 과거와 미래 모두를 포함합니다.”라고 부르크도르퍼는 설명합니다.
측정 결과 약 232 아토초의 평균 차이를 나타내며, 이는 과학자들이 향후 실험을 통해 검증하기를 희망하는 상당히 짧은 기간입니다. “우리는 이미 이렇게 신속한 얽힘을 검증하려는 팀들과 협력하고 있습니다.”라고 부르크도르퍼는 언급합니다.
이 연구의 중요성
이러한 에너지 프레임 내에서 얽힘이 시작되는 과정을 이해하는 것은 양자 암호화 및 컴퓨팅에서의 발전에 중요한 영향을 미칠 수 있습니다. 두 입자가 언제 상관관계를 형성하는지를 파악함으로써, 신기술은 이 연결을 보다 효과적으로 활용하고 안전한 데이터 전송을 위한 얽힌 쌍을 형성하는 방법을 향상시킬 수 있습니다.
양자 시간에 대한 이러한 혁신적인 탐구는 양자 입자 간의 미세한 관계에 기반한 미래 시스템을 혁신적으로 변화시킬 수 있으며, 얽힌 쌍의 덧없는 특성을 포착하기 위한 새로운 측정 기술을 촉진할 수 있습니다. 연구가 진행됨에 따라 이러한 통찰은 양자 상태를 제어 및 측정하는 보다 효율적인 방법을 제시하여, 과학 및 기술의 새로운 길을 여는 데 기여할 수 있습니다. 이 포괄적인 연구는 Physical Review Letters 저널에 게재되었습니다.