단순화된 과학: 양자 역학이란 무엇입니까?

이 획기적인 이론은 20세기 초반에 시작되어 21세기 현실 세계에서 널리 사용되었습니다. 아르곤 과학자 하몬(Harmon)과 다른 많은 과학자들은 실험실에서 양자 역학을 적용하고 언젠가 사회와 우주에 대한 우리의 이해를 변화시킬 수 있는 기술을 개발하고 있습니다. 양자 센서는 이전에는 감지할 수 없었던 암세포를 감지할 수 있습니다. 양자 인터넷은 정보와 데이터 통신이 해커로부터 보호되도록 보장할 수 있습니다. 양자 컴퓨터는 기존 컴퓨터가 할 수 없는 복잡한 문제를 해결할 수 있습니다. 양자 이론은 또한 원자 내부의 복잡한 역학부터 우주 탄생의 거대한 우주 사건에 이르기까지 우주에 대한 우리의 이해를 계속 발전시킬 것입니다.

20세기 초, 과학자들은 다른 어떤 설명으로도 설명할 수 없는 일련의 실험 결과를 설명하기 위해 양자역학을 개발하기 시작했습니다. 오늘날 과학자들은 이 이론을 사용하여 깨지지 않는 메시징, 더 빠른 약물 발견, 휴대폰 및 TV 화면의 고품질 이미지 등 강력한 기술을 만들고 있습니다.

그렇다면 양자란 무엇인가? 더 넓은 의미에서 "양자"라는 단어는 가능한 가장 작은 양을 나타낼 수 있습니다. 양자역학 분야는 가장 근본적인 물질인 에너지와 빛, 그리고 이들이 상호작용하여 세상을 구성하는 방식을 연구합니다.

사물이 개별적으로 입자나 파동(예: 야구공이나 바다의 파도)의 특성을 갖고 있다고 상상하는 세계에 대해 일반적으로 생각하는 방식과 달리, 이 개념은 양자역학에서는 작동하지 않습니다. 상황에 따라 과학자들은 동일한 양자 물체가 입자 또는 파동의 특성을 갖는 것을 관찰할 수도 있습니다. 예를 들어, 빛은 단순한 광자(광입자의 일종)나 단순한 광파로 간주될 수 없습니다. 왜냐하면 서로 다른 실험에서 두 가지 동작을 모두 관찰할 수 있기 때문입니다.

평범한 날 우리는 사물을 한 번에 하나의 "상태"로만 봅니다. 여기 저기, 움직이거나 고정되어 있고, 오른쪽이 위로 또는 꼬리가 위로 향하고 있습니다. 양자역학에서 물체의 상태는 항상 간단하지는 않습니다. 예를 들어, 양자 물체 집합의 위치를 ​​결정하기 전에 양자 물체는 하나 이상의 위치가 중첩(또는 특별한 조합)되어 존재할 수 있습니다. 연못의 파도처럼 서로 다른 가능한 상태가 서로 결합하고 간섭하며, 물체는 관찰한 후에야 명확한 위치를 갖게 됩니다. 중첩은 새롭고 유용한 방식으로 정보를 표현할 수 있게 해주기 때문에 양자 컴퓨터를 가능하게 하는 주요 기능 중 하나입니다.

또 다른 흥미로운 양자 행동은 터널링입니다. 여기서 전자와 같은 양자 물체는 때때로 뚫을 수 없는 장애물을 통과할 수 있습니다. 이는 중첩으로 인해 전자가 장벽 반대편에 나타날 가능성이 적기 때문에 발생합니다. 양자 터널링 기술은 플래시 메모리 장치, 강력한 현미경 및 양자 컴퓨터와 같은 분야에 적용됩니다.

양자 물체가 상호 작용할 때 얽힘이라는 연결을 통해 서로 연결됩니다. 이 연결은 물체가 멀리 떨어져 있어도 유지됩니다. 아인슈타인은 이를 '거리의 유령'이라고 불렀다. 과학자들은 이를 초보안 통신에 사용하고 있으며, 이는 양자 컴퓨팅의 필수 기능이기도 합니다.

미국 에너지부(DOE) 아르곤 국립 연구소의 과학자들은 세계적 수준의 전문 지식과 연구 시설을 사용하여 정보를 저장, 전송 및 보호하기 위한 양자 기술을 개발하고 원자 내부의 복잡한 역학부터 우주 탄생만큼 거대한 사건에 이르기까지 우주를 연구합니다. 아르곤은 양자 물질과 소자를 개발하고 양자 기술의 힘을 통신에 적용하는 Q-NEXT(미국 에너지부 산하 국립 양자 정보 과학 연구 센터)도 이끌고 있다.