양자 얽힘은 현대 물리학 자에게 가장 어려운 연구 분야 중 하나입니다. 아인슈타인에 의해“먼 거리에서의 말끔한 행동”으로 묘사 된 과학자들은 양자 역학의 이러한 측면이 어떻게 고전 역학과 공존 할 수 있는지를 오랫동안 조정 해왔다. 본질적으로, 두 입자가 먼 거리에 연결될 수 있다는 사실은 지역 성과 현실주의 규칙을 위반합니다.
공식적으로 이것은 양자 역학에 위배됨에도 불구하고 지역 성과 현실성이 타당하다는 것을 보여주기 위해 수십 년 동안 사용 된 이론 인 벨의 불평등을 위반 한 것입니다. 그러나 최근의 연구에서 Ludwig-Maximilian University (LMU)와 뮌헨의 Max Planck Quantum Optics Institute의 연구원 팀은 Bell의 불평등을 다시 위반하고 얽힘의 존재를 입증하는 테스트를 수행했습니다.
“얽힌 원자를 동시에 닫는 탐지 및 국소 허점을 이용한 이벤트 준비 벨 테스트”라는 제목의 연구는 최근에 실제 검토 서한. LMU의 물리학자인 웬 자민 로젠펠트 (Wenjamin Rosenfeld)와 퀀텀 옵틱스 (Max Planck Institute for Quantum Optics)의 Max Planck Institute가 이끄는 연구팀은 멀리 떨어진 두 개의 입자를 엉킴으로써 벨의 불평등을 테스트하려고했다.
벨의 불평등 (1964 년 아일랜드 물리학 자 존 벨 (John Bell)의 이름을 따서 명명)은 본질적으로 물체의 속성이 관찰 (실제)과 독립적으로 존재하며 정보 나 물리적 영향이 빛의 속도 (현지성)보다 빠르게 전파 될 수 없다고 명시하고 있습니다. 이 규칙은 우리가 매일 특정 공간과 시간에 뿌리를두고 관찰자와 독립적으로 존재하는 인간의 현실을 완벽하게 설명했습니다.
그러나 양자 수준에서는 이러한 규칙을 따르지 않는 것으로 보입니다. 입자를 먼 거리 (즉, 얽힘)에 걸쳐 로컬이 아닌 방식으로 연결할 수있을뿐만 아니라 입자가 측정 될 때까지 이러한 입자의 특성을 정의 할 수 없습니다. 모든 실험에서 양자 역학에 대한 예측은 정확하다는 것이 확인되었지만 일부 과학자들은 지역 현실주의를 가능하게하는 허점이 있다고 주장했습니다.
이를 해결하기 위해 뮌헨 팀은 LMU에서 두 개의 실험실을 사용하여 실험을 수행했습니다. 첫 번째 실험실은 물리학과 지하에 있었지만 두 번째 실험실은 약 400 미터 떨어진 경제학과 지하에있었습니다. 두 실험실에서 팀은 국소 트랩에 단일 루비듐 원자를 포획 한 다음 단일 광자를 방출 할 때까지 흥분을 시작했습니다.
Wenjamin Rosenfeld 박사는 Max Planck Institute 보도 자료에서 다음과 같이 설명했습니다.
“우리의 두 관측소는 독립적으로 운영되며 자체 레이저 및 제어 시스템을 갖추고 있습니다. 실험실 사이의 거리는 400 미터이기 때문에 한 쪽에서 다른쪽으로의 통신에는 1328 나노초가 걸리는데, 이는 측정 과정보다 훨씬 길다. 따라서 한 실험실의 측정에 대한 정보는 다른 실험실에서 사용할 수 없습니다. 그것이 우리가 지역 허점을 막는 방법입니다.”
2 개의 루비듐 원자가 광자를 방출하는 지점까지 여기되면, 루비듐 원자의 스핀-상태 및 광자의 편광 상태가 효과적으로 얽히게된다. 그 후 광자들은 광섬유에 연결되어 간섭을받는 셋업으로 안내되었다. 과학자들은 8 일 동안 측정을 실시한 후 약 10,000 건의 이벤트를 수집하여 얽힌 징후를 확인할 수있었습니다.
이것은 같은 방향 (또는 얽힘의 종류에 따라 반대 방향)을 가리키는 두 개의 포획 된 루비듐 원자의 스핀으로 표시되었을 것이다. 뮌헨 팀이 발견 한 것은 대부분의 사건에서 원자가 같은 상태 (또는 반대 상태)에 있었고 벨의 불평등과 일치하는 편차는 6 개 뿐이었다.
이 결과는 2015 년 네덜란드 물리학 자 팀이 얻은 결과보다 통계적으로 더 중요했습니다.이 연구를 위해 네덜란드 팀은 1.3km 떨어진 실험실에서 다이아몬드로 전자를 사용하여 실험을 수행했습니다. 결국, 그들의 결과 (및 최근의 종 불평등에 대한 다른 테스트들)는 양자 얽힘이 실제임을 보여 주어 지역 현실주의 허점을 효과적으로 닫습니다.
Wenjamin Rosenfeld가 설명했듯이 그의 팀이 수행 한 테스트는 다른 주요 문제를 해결함으로써 이러한 다른 실험을 넘어 섰습니다. “우리는 원자의 스핀 상태를 매우 빠르고 매우 효율적으로 결정할 수있었습니다. “따라서 우리는 두 번째 잠재적 허점을 막았다 : 관찰 된 위반은 불완전한 검출 된 원자 쌍 샘플에 의해 발생한다는 가정이다”.
벨 불평등의 위반에 대한 증거를 얻음으로써 과학자들은 고전 물리와 양자 물리 사이의 지속적인 불일치를 해결하는 데 도움을 줄뿐만 아니라 그들은 또한 몇 가지 흥미로운 가능성의 문을 열고 있습니다. 예를 들어, 과학자들은 수년간 이진 코드의 0과 1을 시뮬레이션하기 위해 얽힘에 의존하는 양자 프로세서의 개발을 기대해 왔습니다.
양자 역학에 의존하는 컴퓨터는 기존의 마이크로 프로세서보다 기하 급수적으로 빠르며 새로운 시대의 연구 개발을 안내 할 것입니다. 양자 암호화가 정보를 암호화하는 데 사용되는 사이버 보안에 대해서도 동일한 원칙이 제안되어 기존의 컴퓨터에 의존하는 해커에게는 무적입니다.
마지막으로, Quantum Entanglement Communications라는 개념이 있는데, 이는 우리가 빛의 속도보다 빠르게 정보를 전송할 수있게하는 방법입니다. 우리가 더 이상 상대 론적 의사 소통의 한계에 묶이지 않으면 우주 여행과 탐험의 가능성을 상상해보십시오!
아인슈타인은 양자 얽힘을“스푸키 액션 (spooky action)”이라고 특징 지을 때 잘못이 아니었다. 실제로,이 현상의 많은 영향은 여전히 물리학 자에게 매혹적인 것만큼이나 무섭습니다. 그러나 우리가 그것을 이해하게 될수록, 우리는 우주의 알려진 모든 물리적 힘이 어떻게 조화를 이루는 지 이해하는 데 더 가까이 갈 것입니다. 모든 이론!
