물질의 움직임은 무수히 많은 원자 사이의 상호 작용에 달려 있습니다. 이것을 거대한 그룹 채팅이라고 볼 수 있는데 원자는 그 속에서 지속적으로 양자 정보를 교환하고 있습니다. Delft University of Technology의 연구원과 RWTH Aachen University 및 Research Center Jülich와 협력하여 두 원자 사이의 대화를 가로 막을 수 있게 되었습니다. 5월 28일, “Science”는 이 새로운 발견을 발표했습니다.
물론 원자들이 실제로 말하고 있는 것은 아니지만 서로를 느낄 수 있습니다. 이것은 자기 원자의 상황은 특히 더 이러합니다. 모든 원자는 스핀이라는 작은 자기 모멘트를 갖고 있습니다. 이 회전은 나침반의 바늘에 가까이 가져갈 때와 마찬가지로 서로에게 영향을 줍니다. 만약 그들 중 하나를 밀면 그들은 매우 구체적인 방식으로 함께 행동하기 시작할 것입니다.
이 연구팀의 리더인 샌드 오트는 다음과 같이 말했습니다. 그러나 양자 역학의 법칙에 따르면 각각의 스핀은 동시에 서로 다른 방향을 가리키며 중첩을 형성할 수 있습니다. 이것은 양자 정보의 실제 전송이 일종의 대화처럼 원자 사이에서 발생한다는 것을 의미합니다.
날카로운 바늘
대체로 원자 간의 이러한 정보 교환은 매혹적인 현상으로 이어질 수 있습니다. 전형적인 예는 바로 초전도입니다. 특정 물질이 임계 온도에서 모든 전기 저항률을 잃는 효과입니다. 비록 가장 단순한 경우에는 모두가 매우 명확하게 알지만 많이 복잡한 물질에서 이 효과가 어떻게 발생했는지를 정확히 아는 사람은 없습니다. 그러나 확실한 것은 자기 양자 상호 작용이 중요한 역할을 했다는 것입니다. 이 현상을 설명하기 위해 과학자들은 이러한 교환을 가로 막고 원자 간의 “대화”를 도청하는 데 매우 관심이 있습니다.
오트 팀은 이것을 직접 해냈습니다. 실제로 두 개의 원자를 함께 두고 무슨 일이 일어나는지를 관찰했습니다. 주사 터널링 현미경의 도움으로 날카로운 바늘은 원자를 하나씩 감지하고 심지어 재배열을 할 수 있습니다. 연구원들은 이런 장치를 사용하여 1나노 미터(백만 분의 1밀리미터) 이상의 거리에 두 개의 티타늄 원자를 놓아 둡니다. 이 거리에서 원자는 오직 서로의 회전만 느낄 수 있습니다. 만약 그중 하나를 돌리면 대화는 바로 자동으로 시작됩니다.
일반적으로 이러한 왜곡은 원자에 매우 정밀한 무선 신호를 보내서 발생합니다. 이 소위 “스핀 공명 기술”은 병원에 있는 MRI 스캐너의 작동 원리와 매우 유사하며 큐 비트 연구에 성공적으로 사용되었습니다.
Delft 팀도 이 도구를 사용할 수 있지만 단점이 있습니다. “Science”잡지의 제 1저자이자 박사 과정 학생인 Lucas Wildman은 다음과 같이 말했습니다. 너무 느립니다. 하나를 움직이기 시작하면 또 다른 하나가 바로 회전하기 시작했습니다. 이렇다면 두 개의 스핀이 반대 방향으로 배치될 때 어떤 일이 발생하는지를 연구할 수가 없습니다. "
비정통적인 방법
따라서 연구원들은 몇 가지 비정통적인 방법을 시도했습니다. 그들은 갑작스런 전류를 사용하여 두 원자 중 하나의 스핀을 빠르게 반대로 돌립니다. 놀랍게도 이런 극단적인 방법은 책의 설명에 맞는 완벽한 양자 상호 작용을 발생시켰습니다. 펄스 기간에 전자는 원자와 충돌하여 스핀을 발생시킵니다. 오트는 “하지만 우리는 이 과정에서 소위 일관성이라고 하는 미묘한 양자 정보가 손실될 것이라고 항상 믿었습니다. 결국 전자는 아무런 상관이 없습니다. 각각의 전자는 충돌 전에 약간 다른 역사를 가지고 있으며, 이런 혼돈은 원자의 회전으로 전이되어 모든 일관성을 파괴합니다.” 라고 말했습니다. 사실 지금의 시각에서 보면 사실이 아닌 것 같아서 논란이 일고 있습니다. 분명한 것은 모든 임의의 전자는 과거에 어떠했는지 관계없이 모두 일관된 중첩을 시작할 수 있습니다. 기본 양자 상태의 특정 조합은 이미 알고 있는데 이것은 거의 모든 형식의 양자 기술의 기초를 형성합니다.
완벽한 중첩
RWTH Aachen 대학과 Research Center Jülich의 공동저자 Markus Ternes는 다음과 같이 말했습니다.
문제의 핵심은 바로 당신이 묻는 질문에 있습니다. 전자는 원자의 회전을 반대로 하게 하여 한 방향을 가리키게 합니다. 이것을 일종의 측정으로 보게 되면 모든 양자 메모리가 지워집니다. 그러나 두 개의 원자로 구성된 결합 시스템의 관점에서 보면 결과가 나타내는 상황은 그다지 평범하지 않습니다. 함께 있는 두 개 원자의 경우 새로운 상태는 완벽한 중첩을 구성하여 원자 간에 정보를 교환할 수 있게 만듭니다. 이 현상이 발생하는 핵심은 두 스핀이 서로 얽혀 있다는 것인데 이것은 특수한 양자 상태입니다. 이런 양자 상태에서 그들은 고전적인 상황보다 서로 더 많은 정보를 공유합니다.
이 발견은 큐 비트 연구에 매우 중요한 의의가 있습니다. 아마도 그 연구에서 양자 상태를 초기화 할 때 그렇게 조심하지 않아도 됩니다. 그러나 오트와 그의 팀에게 이것은 더 아름다운 실험의 출발점입니다. Wildman은 “여기서 우리는 2개의 원자를 사용했지만 3개의 원자를 사용하면 어떻게 될까요? 10개 1,000개는 또 어떨까요? 컴퓨팅 능력이 그러한 숫자를 처리하기에 충분하지 않기 때문에 아무도 그것을 예측할 수 없습니다. 어쩌면 언젠가는 이전에 아무도 들을 수 없었던 양자 대화를 들을 수도 있을 것입니다.“라고 말했습니다.
전잠 경제학인人APP자문팀
참고자표：
https://scitechdaily.com/scientists-overhear-two-atoms-chatting-magnetic-quantum-interactions/
출처 : 전잠망
