양자 중첩 (슈뢰딩거의 고양이)

Quantum superposition

0 과 1 이 «함께» 있는 상태를 재면, 0.5 가 나올까요?

무슨 일이 일어났나

양자 중첩은 하나의 양자 대상이 서로 다른 두 상태(예: 0 과 1)를 함께 품은 상태로, 재기 전까지는 어느 하나로 정해져 있지 않습니다.

NIST 는 슈뢰딩거의 고양이처럼 큐비트도 여러 상태의 중첩에 놓일 수 있고, 재면 원자가 한 에너지 상태로 «무너진다» 고 설명합니다.

시뮬레이터의 1 nm 상자 속 전자는 바닥 상태(0)가 0.376 eV, 들뜬 상태(1)가 1.50 eV 이고, 둘이 섞이면 전자가 있을 확률이 상자 왼쪽 · 오른쪽으로 3.67 fs 마다 출렁입니다.

되풀이해 재면 결과는 늘 0 이나 1 하나뿐이고, 1 로 나올 확률을 0.3 으로 두면 1,000 번 가운데 1 이 나온 몫이 0.310 입니다.

NIST 에 따르면 떠도는 전기장, 온도 흔들림, 우주선 하나로도 중첩이 깨질 수 있어서, 양자 컴퓨터는 큐비트를 아주 조심스럽게 지켜야 합니다.

💡 생활 속 예시

  • 공중에서 도는 동전을 «앞면 · 뒷면이 섞인 상태» 로 비유하기도 하지만, 진짜 동전은 이미 정해진 쪽이 있다는 점이 양자 중첩과 다릅니다.
  • 뉴스에 나오는 양자 컴퓨터가 커다란 냉각 장치 속에서 큐비트를 아주 차갑게 식히는 것은, 작은 흔들림에도 중첩이 깨지기 때문입니다.

🙅 오해 깨기오해 모음 보기

  • 중첩 상태는 튼튼해서, 주변이 조금 흔들려도 그대로 남는다.

    NIST 에 따르면 떠도는 전기장 · 온도 흔들림 · 우주선 하나로도 중첩이나 얽힘이 깨질 수 있습니다. 출처

누가 왜 찾았나

APS 목록에 따르면 슈뢰딩거의 고양이는 1935 년 Naturwissenschaften 에 실린 그의 글에서 처음 나왔고, 상자 속 고양이가 죽음과 삶의 중첩에 있다는 이 생각 실험은 지금도 중첩을 설명할 때 쓰입니다(NIST). 2012 년 노벨 물리학상은 낱낱의 양자계를 재고 다루는 실험 방법을 연 와인랜드 · 아로슈에게 돌아갔습니다(NIST).

확인된 값

큐비트는 슈뢰딩거의 고양이처럼 여러 상태의 중첩에 놓일 수 있다
superposition 출처
생각 실험: 고양이는 죽음과 삶의 중첩
dead and alive 출처
재거나 건드리면 한 에너지 상태로 «무너진다»
collapse 출처
떠도는 전기장 · 온도 흔들림 · 우주선 하나로도 중첩이 깨진다
fragile 출처
슈뢰딩거의 고양이가 처음 나온 글 (Naturwissenschaften 23, 807, 1935)
1935 출처
2012 노벨 물리학상 수상 이유 (와인랜드 · 아로슈)
2012 출처

교육과정에서는

  • 한국 2022 · 전자기와 양자 · 양자와 미시세계 [12전자03-02]

출처

이어서 보기

같은 단원 · 원자와 양자 역학

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① 시뮬레이터·그림: 직접 만듦

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③ 교육과정

2022 개정 과학과 교육과정과 영국·호주·일본 교육과정에서 그 내용이 어디에 나오는지 함께 적습니다.

④ 실시간 자료

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