학문
확실히능력있는쌍봉낙타
양자역학을 쉽게이해하는 방법은 무멋인가요?
최근 양자역학 기반의 컴퓨터인 양자컴퓨타가 나올 예정이라고 합니다. 양자역학을 쉽게 이해하는 방법은 어떤것이 있을까요? 재미있고 쉽게 이해하고 싶습니다.
3개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 이승호 전문가입니다.
양자역학이라는 단어만 들으면 머리가 아프지만, 일상생활의 재미있는 비유를 통해서 보면 아주 흥미진진한 마술 세계 같은 곳입니다. 양자역학을 가장 재미있고 쉽게 이해할 수 있는 핵심 개념 두 가지와 이를 일상에 비유해 설명해 드리겠습니다.
첫 번째로 이해해야 할 개념은 중첩입니다. 우리가 사는 거시 세계에서는 동전을 던지면 앞면 아니면 뒷면 둘 중 하나만 나옵니다. 하지만 원자나 전자처럼 눈에 보이지 않는 아주 작은 양자의 세계에서는 다릅니다. 동전을 바닥에 던지기 전, 손가락으로 동전을 팽이처럼 테이블 위에서 마구 돌리고 있는 순간을 상상해 보시기 바랍니다. 지금 이 동전은 앞면일까요, 뒷면일까요? 정답은 앞면이기도 하고 뒷면이기도 한 상태, 즉 두 가지 가능성이 동시에 섞여 있는 상태입니다. 양자역학에서는 이를 중첩이라고 부릅니다. 그러다 우리가 손바닥으로 돌고 있는 동전을 탁 하고 멈추는 순간, 비로소 앞면이나 뒷면 중 하나로 정해집니다. 양자 세계의 알갱이들은 우리가 관찰하기 전에는 돌고 있는 동전처럼 여러 상태로 동시에 존재하다가, 인간이 관찰하는 순간 어느 하나로 형태를 바꿉니다.
두 번째 개념은 양자 얽힘입니다. 이것은 우주 반대편에 있는 존재와도 실시간으로 연결되는 신기한 현상입니다. 빨간색 공과 파란색 공이 각각 하나씩 들어 있는 두 개의 똑같은 상자가 있다고 가정해 보겠습니다. 이 상자들을 마구 섞은 뒤, 하나는 서울에 두고 다른 하나는 저 멀리 안드로메다은하로 보냅니다. 이제 서울에서 상자를 열어보았더니 빨간색 공이 나왔습니다. 그 순간, 우리는 안드로메다에 있는 상자를 열어보지 않아도 그 상자 안에 파란색 공이 들어 있다는 것을 아주 눈 깜짝할 사이에 알게 됩니다. 양자 세계에서는 두 입자가 아무리 멀리 떨어져 있어도 서로의 운명이 순식간에 결정되는 신비한 연결 고리가 있는데, 이를 얽힘이라고 합니다.
이 두 가지 마법 같은 현상이 바로 질문하신 양자컴퓨터의 핵심 무기입니다. 기존의 일반 컴퓨터는 전등 스위치처럼 영 아니면 일, 즉 앞면 아니면 뒷면 중 하나의 상태로만 계산을 합니다. 반면에 양자컴퓨터는 위에서 말한 팽이처럼 돌고 있는 동전, 즉 영과 일이 동시에 될 수 있는 양자들을 가지고 계산을 합니다. 일반 컴퓨터가 미로를 찾을 때 길을 하나하나 가보면서 막히면 돌아오는 방식으로 길을 찾는다면, 양자컴퓨터는 미로의 모든 길에 수많은 돌고 있는 동전을 동시에 집어넣어 한 번에 출구를 찾아내는 식입니다. 그래서 암호 해독이나 신약 개발처럼 수십억 개의 경우의 수를 계산해야 할 때 상상할 수 없을 만큼 빠른 속도를 낼 수 있습니다.
양자역학을 더 친근하게 접하고 싶으시다면 앤트맨이나 어벤져스 같은 마블 영화를 떠올려보시는 것도 좋습니다. 주인공들이 몸을 원자보다 작게 줄여서 시공간을 초월하는 무대로 삼는 곳이 바로 이 양자역학의 세계입니다. 세상에서 가장 작은 알갱이들의 세계에서는 우리가 상식적으로 알던 물리 법칙이 통하지 않고 마술 같은 일이 벌어진다는 점만 기억하셔도 양자역학의 절반은 이해하신 것입니다.
채택 보상으로 181베리 받았어요.
채택된 답변안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.
양자역학은 아주 작은 세계에서는 공이 굴러가듯 정확히 움직이지 않고 여러 가능성이 동시에 존재하다가 관측하는 순간 하나로 결정된다는 개념으로 접근하면 이해하기 쉽습니다 대표적인 예로 슈뢰딩거의 고양이 실험이나 이중슬릿 실험을 통해 중첩과 관측의 개념을 배울 수 있으며 입자가 파동처럼 행동하는 모습을 상상해 보면 도움이 됩니다 양자 컴퓨터도 이러한 중첩과 얽힘이라는 양자 특성을 이용해 특정 문제를 기존 컴퓨터보다 효울적으로 계산하는 장치라고 생각하면 됩니다
안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.
양자 역학은 직관이랑 반대로 입자가 동시에 여러 곳에 존재한다는 중첩이랑 얽힘의 개념을 이해하시면 의외로 흥미로우실 수 있습니다. 거시 세계와 다르게 미시 세계에서는 관측하기 전까지는 상태가 결정되지 않습니다. 이 점이 핵심이고 양자 컴퓨터에 무한한 연산 능력을 만드는 원리입니다. 이 분야를 공부하시다 보면은 세상이 우리가 아는 것보다 훨씬 다채롭다는 사실을 알게 되실 거예요. 그래서 앞으로도 좀 더 관심을 가져보시면 좋을 것 같습니다.