'23년 2월 15일, 마블 팬들을 설레게 한 영화가 개봉되었다. '앤트맨과 와스프 : 퀀텀매니아'
마블 팬이라면 당연히 관심을 갖고 가벼운 설렘으로 보러 갔을 터인데,
영화가 끝나고 극장을 나서는 관객들의 머릿속에는 한 가지 의문이 들 것이다.
'양자 역학이 대체 뭐길래?'
그래서 오늘은 양자역학에 대해 간단하게 알아보는 시간을 갖도록 하겠다.
물론, 양자역학이 예전에 비해 널리 알려져서, 일종의 밈(meme)화 된 경향도 있지만
그 본질은 사실 굉장히 어려운 학문이다.
오죽하면 닐스 보어 아저씨가 이런 말을 했을까
"양자역학을 보고도 제 정신인 사람은, 양자역학을 제대로 이해하지 못한 것이다."
닐스 보어(Niels Henrik David Bohr, 1885-1962)
양자역학은 양자역학의 법칙을 따르는 시스템인 양자 시스템의 운동과 진화를 연구하는 학문이다.
고전역학에서, 계의 운동은 계를 구성하는 '입자의 위치와 운동량'에 의해 기술되지만
양자역학에서는 시스템의 움직임은 '파동 함수'에 의해 기술된다.
파동 함수는 다양한 상태에서 시스템을 찾을 확률을 암호화하는 수학적 함수이며
에너지, 운동량, 위치와 같은 시스템의 특성에 대한 모든 정보를 포함하는 양자 시스템에 대한 수학적 설명이다.
파동 함수는 양자 측정의 다른 결과를 측정할 확률을 인코딩하는 복소 값 함수로 표현된다.
양자 시스템의 역학은 시간이 지남에 따라 파동 함수가 어떻게 진화하는지 설명하는
편미분 방정식인 슈뢰딩거 방정식에 의해 지배된다.
슈뢰딩거 방정식은 파동 함수가 시간이 지남에 따라 어떻게 진화하는지를 설명하는 양자역학의 기본 방정식이다.
이 방정식은 계의 위치 에너지와 외부 힘의 영향을 고려한 편미분 방정식이며
슈뢰딩거 방정식의 해는 주어진 시간에 시스템의 양자 상태에 대한 완전한 설명을 제공한다.
양자 역학의 주요 특징 중 하나는 중첩인데,
중첩은 양자 시스템이 동시에 여러 상태로 존재할 수 있도록 하는 양자 역학의 핵심 개념이다.
예를 들어, 입자는 동시에 두 개의 서로 다른 위치의 중첩 위치에 있을 수 있으며,
각 위치는 일정한 관측 확률을 가질 수 있다.
중첩은 양자 시스템의 파동과 같은 특성의 결과로, 양자 시스템이 서로 간섭하고 복잡한 확률 패턴을 만들 수 있다.
얽힘은 양자역학에서 하나의 입자의 상태가 다른 입자의 상태에 의존하는 방식으로
두 개 이상의 입자가 상관될 때 발생하는 또 다른 중요한 개념이다.
입자들이 큰 거리만큼 떨어져 있어도, 그들의 상태는 상관관계를 유지한다.
얽힘은 양자 컴퓨팅 및 통신의 핵심 자원으로, 더 빠르고 안전한 정보 처리를 가능하게 한다.
양자 역학은 양자 컴퓨터의 개발, 양자 물질의 연구, 양자 센서의 설계를 포함하여 광범위하게 적용된다.
빠르게 진화하는 연구 분야이며, 양자 시스템의 행동에 대한 새로운 통찰력이 끊임없이 발견되고 있다.
실제로 양자 컴퓨터, 양자 감지 및 양자 재료와 같은 분야에서 널리 연구되고 있고
이러한 영화에도 그 개념이 적용되어 가는 모습을 보면 미래가 멀지 않았구나 하고 느낀다.
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