이제 양자의 세계가 선사하는 마법 같은 일들을 직접 체험해 봅시다. 조건은 단 하나, 그 누구의 눈에도 띄지 않고 혼자 행동할 것! 조건만 지킨다면 당신은 지금부터 여러 명이 된 것처럼 또 다른 자신을 느낄 수 있을 겁니다.

양자 중첩

동시에 여러 상태로 존재한다

위치가 한 군데로 결정되어 있는 고전역학과 달리, 양자역학에서 입자는 어느 한 곳에 고정되어 있지 않고 여러 위치에 확률적으로 퍼져 있어요. 이를 ‘중첩’이라고 해요. 예를 들어 양자 상태의 공이 있을 때 아직 공을 관측하지 않았다면 공은 내 왼쪽에 있을 수도 있고 오른쪽에 있을 수도 있어요. 오른쪽이나 왼쪽에 이미 있는데 내가 어디있는지 모르는 게 아니라, 한 번도 관측당한 적 없다면 실제로 공은 왼쪽이나 오른쪽에 동시에 퍼져 있다는 뜻이에요.

이처럼 양자 중첩이란 ‘양자가 동시에 여러 곳에 존재할 가능성을 가진 상태’를 가리켜요. 양자 중첩을 응용한 대표적인 기술이 바로 양자컴퓨터예요. 기존 컴퓨터의 정보 처리 단위인 비트는 0 또는 1 중 하나의 값만 갖지만, 양자컴퓨터의 정보 처리 단위인 큐비트는 0과 1을 동시에 나타낼 수 있어 여러 개의 계산을 한 번에 할 수 있답니다.

▲유튜브 <런닝맨 - 스브스 공식 채널> 영상 캡처

슬픈데 기쁜 양자 중첩 감정.

▲어린이과학동아

양자 얽힘

하나의 상태가 다른 하나에 즉시 영향을 준다

양자 얽힘은 양자 중첩의 하나로, 두 개 이상의 양자가 서로 강하게 연결되어 있어 아무리 멀리 떨어져도 하나의 상태가 결정되면 즉시 다른 하나의 상태도 결정되는 현상을 가리켜요. 즉 얽힌 두 입자는 개별적으로 독립된 상태가 아니라 항상 하나의 공동 상태를 가져요.

예를 들어 한쪽이 앞면이 나오면 다른 쪽은 반드시 뒷면이 나오는 규칙으로 얽힌 두 개의 동전이 있다고 가정해요. 동전 한 개는 내가 갖고 다른 한 개는 600만 광년 떨어진 행성에 사는 어린왕자가 갖고 있어요. 만약 어린왕자의 동전을 앞면으로 만들고 싶다면 전화할 필요도 없고 메일을 보낼 필요도 없어요. 내가 가진 얽힌 동전을 뒷면으로 뒤집기만 하면 바로 어린왕자의 동전이 앞면이 되거든요. 양자 얽힘을 이용하면 빛보다 빠른 소통을 할 수 있어요. 양자인터넷 등 양자통신이 주목받는 이유지요.

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