입자 사이의 양자 얽힘을 묘사한 그림. 크레딧: ATLAS Experiment

양자 얽힘은 아마도 양자 역학에서 가장 혼란스러운 측면 중 하나일 것입니다. 표면에서 얽힘은 입자가 광대한 거리에 걸쳐 즉시 통신할 수 있게 하며, 이는 분명히 빛의 속도를 위반합니다. 그러나 얽힌 입자가 연결되어 있더라도 반드시 정보를 공유하지는 않습니다.

양자 역학에서 입자는 실제로 입자가 아닙니다. 입자는 단단하고 단단하며 정확한 점이 아니라 실제로는 흐릿한 확률의 구름이며, 이러한 확률은 우리가 실제로 입자를 찾으러 갈 때 입자를 찾을 수 있는 위치를 설명합니다. 그러나 실제로 측정을 수행하기 전까지는 입자에 대해 알고 싶은 모든 것을 정확히 알 수 없습니다.

이러한 퍼지 확률을 양자 상태라고 합니다. 특정 상황에서는 두 입자를 양자 방식으로 연결할 수 있으므로 단일 수학 방정식이 두 확률 집합을 동시에 설명할 수 있습니다. 이런 일이 발생하면 입자가 얽혀 있다고 말합니다.

입자가 양자 상태를 공유할 때 한 입자의 속성을 측정하면 다른 입자의 상태에 대한 자동 지식을 얻을 수 있습니다. 예를 들어, 아원자 입자의 속성인 양자 스핀(quantum spin)의 경우를 살펴보겠습니다. 전자와 같은 입자의 경우 스핀은 위 또는 아래의 두 가지 상태 중 하나일 수 있습니다. 두 개의 전자를 얽히게 하면 두 전자의 스핀이 상관관계가 있습니다. 스핀이 항상 서로 반대가 되도록 특정 방식으로 얽힘을 준비할 수 있습니다.

첫 번째 입자를 측정하면 스핀이 위를 가리키는 것을 무작위로 찾을 수 있습니다. 이것은 두 번째 입자에 대해 무엇을 말해 줍니까? 얽힌 양자 상태를 신중하게 배열했기 때문에 이제 두 번째 입자가 아래를 가리키고 있어야 한다는 것을 100% 절대적인 확신으로 알 수 있습니다. 그것의 양자 상태는 첫 번째 입자와 얽혀 있었고, 하나의 계시가 이루어지자마자 두 계시가 모두 이루어집니다.

그러나 두 번째 입자가 방의 반대편에 있다면 어떨까요? 아니면 은하계 건너편? 양자 이론에 따르면, 하나의 "선택"이 이루어지자마자 파트너 입자는 스핀이 무엇인지 즉시 "알게"됩니다. 의사 소통은 빛보다 더 빨리 이루어질 수 있는 것 같습니다.

이 명백한 역설에 대한 해결책은 언제 무슨 일이 일어나고 있는지, 그리고 더 중요하게는 누가 언제 무엇을 알는지 면밀히 조사하는 것에서 비롯됩니다.

나는 입자 A를 측정하는 사람이고 당신은 입자 B를 담당하는 사람이라고 가정해 보겠습니다. 측정을 마치면 입자가 어떤 스핀을 가져야 하는지 확실히 알 수 있습니다. 하지만 당신은 그렇지 않습니다! 당신은 당신이 당신 자신의 측정을 할 때, 또는 내가 당신에게 말한 후에만 알게 됩니다. 그러나 두 경우 모두 빛보다 빠르게 전송되는 것은 없습니다. 당신은 자신의 로컬 측정을 하거나 내 신호를 기다립니다.

두 입자가 연결되어 있는 동안에는 아무도 미리 아무것도 알 수 없습니다. 나는 당신의 입자가 무엇을 하고 있는지 알고 있지만, 빛보다 느린 속도로만 당신에게 알려줄 수 있습니다.

그러므로, 얽힘의 과정은 즉각적으로 일어나지만, 그것의 계시는 그렇지 않습니다.

이상의 기사는 2024년 12월 23일 Phys.org에서 게재한 “Can entangled particles communicate faster than light?”제목의 기사내용을 편집하여 작성하였습니다.

* 원문정보 출처 : Can entangled particles communicate faster than light?

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