Schrödinger의 새끼 고양이는 결코 귀엽지 않았으며 최신 쓰레기도 예외는 아닙니다. 초음파 원자 또는 실리콘의 미세한 구름의 이미지는 인터넷에서 바이러스 성이 될 것 같지 않습니다. 똑같이,이 이국적인 대상은 양자 역학이 매우 작은 물리학이 아니라는 전례없는 명확성을 보여주기 때문에주의를 기울일 가치가 있습니다.
.느슨하게 말하면,“Schrödinger 's Kittens”는 원자 규모 사이의 크기가 중간에 치열한 물체이며, 양자 역학은 원래 설명하기 위해 개발되었으며 Erwin Schrödinger가 그 이론의 명백한 부조리를 강조하기 위해 유명한 고양이를 불러 일으켰습니다. 이 시스템은 아마도 수천 또는 수십억의 원자로 구성된 바이러스 나 박테리아의 크기에 이르기 때문에“중간 규모”이며, 따라서 반 직관적 양자-기계적 특성이 일반적으로 나타나는 전형적인 척도보다 훨씬 큽니다. 그것들은 질문을 조사하도록 설계되었습니다. 그 양자 특성을 여전히 보존하는 동안 얼마나 큰 가질 수 있습니까?
최신 결과로 판단하기 위해 답은 다음과 같습니다. 여러 그룹이 독립적으로 수행 한 두 가지 유형의 실험은 방대한 수의 원자가 집단 양자 상태에 배치 될 수 있음을 보여 주었으며, 여기서 시스템에 한 세트의 특성이 있다고 말할 수는 없습니다. 한 세트의 실험에서, 이것은 차가운 원자 구름의 두 영역을“얽힌”것을 의미하며, 그들의 특성을 공간 분리에주의를 기울이지 않는 방식으로 그들의 특성을 상호 의존하고 상관시킬 수있게한다. 다른 한편으로, 미세한 진동 물체는 진동 상태의 소위 중첩으로 조종되었다. 두 결과는 Schrödinger의 악명 높은 고양이가 상자에 숨겨져있는 동안 살아있는 상태와 죽은 상태의 중첩에 있다고 말하는 방식과 느슨하게 유사합니다.
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양자 역학의 규칙이 어떻게 분명히 다른 고전 역학의 규칙으로 바뀌는 지 (물체가 잘 정의 된 속성, 위치 및 경로를 가진 것)는 양자 이론이 20 세기 초에 처음 개발 된 이후 과학자들을 당황하게 만들었습니다. 큰 고전적인 물체와 작은 양자 물체 사이에 근본적인 차이가 있습니까? 소위 양자 고급 전이 의이 수수께끼는 Schrödinger의 사고 실험에 의해 상징적 인 방식으로 강조되었습니다.
가난한 고양이는 많은 이해가 많은 짐승입니다. Schrödinger의 요점은 자주 암시 된 바와 같이, 일상적인 규모에 외삽되면 양자 역학의 명백한 부조리는 아니었다. 고양이는 아인슈타인이 덴마크 물리학 자 닐스 보르 (Niels Bohr)와 그의 동료들이 옹호하는 양자 역학의 해석을 비판 한 후 슈뢰딩거 (Schrödinger)와 앨버트 아인슈타인 (Albert Einstein) 사이의 서신의 산물이었다.
Bohr는 양자 역학이 우리가 전자와 같은 양자 물체의 특성이 우리가 측정 할 때까지 잘 정의 된 값을 가지지 않는다는 결론을 내릴 것으로 보인다고 주장했다. 아인슈타인에게, 현실의 일부 요소는 그것을 의식적인 개입에 의존하는 것이 미친 것처럼 보였다. 두 명의 젊은 동료 인 Boris Podolsky와 Nathan Rosen과 함께 1935 년에 그 해석을 불가능하게 만드는 사고 실험을 발표했습니다. 그들 중 세 명은 (현재 집단 라벨 EPR에 의해 진행 되는가)는 입자 중 하나가 일부 속성에 대한 특정 값을 가지고 있다면 다른 하나는 다른 특정 값을 가져야한다는 의미에서 서로 상관 관계가 있어야하는 상태에서 입자를 생성 할 수 있다고 언급했다. 스핀이라는 속성을 갖는 두 개의 전자의 경우, 하나의 스핀은 "위로"가리킬 수 있고 다른 전자의 스핀 포인트는 "아래로"가리킬 수 있습니다.
.이 경우 아인슈타인과 그의 동료들에 따르면, 보어가 옳고 스핀의 실제 방향이 측정 될 때까지 결정되지 않으면, 두 스핀의 상관 관계는 입자가 아무리 멀리 떨어져 있더라도 그 중 하나를 측정하는 것을 즉시 측정한다는 것을 의미합니다. 아인슈타인은이 명백한 연결을“멀리서 으스스한 행동”이라고 불렀다. 그러나 아인슈타인의 특수 상대성 이론 이론은 어떤 영향도 빛보다 더 빨리 전파 할 수 없다는 것을 보여주기 때문에 그러한 현상은 불가능해야합니다.
.Schrödinger는 입자 간의 상관 관계를“얽힘”이라고 불렀습니다. 1970 년대 이후의 실험은 그것이 실제 양자 현상임을 보여 주었다. 그러나 이것이 양자 입자가 아인슈타인의 으스스한 행동을 통해 공간을 통해 즉시 서로 영향을 줄 수 있다는 것을 의미하지는 않습니다. 단일 입자의 양자 특성이 반드시 우주의 한 고정 장소에서 반드시 결정되는 것은 아니지만“국소 적”일 수 있습니다. 다른 곳과 관련하여 다른 입자와 관련하여 완전히 지정되어 공간과 거리에 대한 직관적 인 개념을 훼손하는 것처럼 보입니다.
.Schrödinger의 고양이는 EPR 얽힘의 특성에 대한 그의 생각에서 나왔습니다. Schrödinger는 우리가 일상적인 크기까지 얽힘을 불고 있다고 상상하면 측정 될 때까지 아무것도 고정되지 않았다는 Bohr의 개념을 보여주고 싶었습니다. 그의 사고 실험은 불쾌한 고양이를 치명적인 독이있는 바이알과 함께 닫힌 상자에 넣습니다. 이것은 실제로 양자 입자 나 사건과 연결되는 일부 메커니즘으로 열릴 수 있습니다. 방아쇠는 전자에서 나올 수 있으며, 바이알이 상향 스핀이 있지만 하향 스핀이있는 경우 바이알을 깨뜨릴 수 있습니다. 그런 다음 소위 상태의 중첩으로 전자를 준비 할 수 있으며, 여기서 상향 스핀과 하향 스핀은 측정의 결과가 가능한 결과입니다. 그러나 측정 전에 스핀이 결정되지 않으면 고양이의 상태도 마찬가지입니다. 살아 있거나 죽었는지 의미있게 말할 수있는 방법은 없습니다. 그리고 그것은 확실히 무의미합니다.
Schrödinger의 요점은 단순히 양자 규칙이 일상적인 규모로 적용될 때 명백한 말도 안되는 것으로 이어지는 것이 아니라 고양이가 필요하지 않습니다. 오히려 그는 측정이 이루어질 때까지 (상자를 열어야하는) 명확한 상태 (살아 있거나 죽은)의 과제를 연기하는 방법에 대한 극단적 인 데모를 찾고 싶었습니다.
Bohr에게 이것은 상자를 여는 것과 고양이를 보는 것과 같은 측정은 항상 거시적이며 고전적인 과정이므로 양자 규칙이 더 이상 적용되지 않을 것입니다. 그러나 측정은 어떻게 양자에서 고전으로 마법의 변형을 보장합니까?
그것에 대해 논쟁하는 대신, 왜 실험을하지 않습니까? 문제는 Schrödinger가 원자 규모의 사건과 결합하여 고양이를“양자”하는 것이 매우 좋았지 만, 실제로 우리가 실제로 그 규모를 실제로 할 수 있는지, 실제로 살아 있고 죽은 사람의 중첩이 양자 상태에서 무엇을 의미하는지에 대해 명확하지는 않습니다.
.그러나 현대적인 기술을 통해 우리는 비교적 큰 물체의 잘 정의 된 양자 중첩 (고양이만큼 크지 않고 고독한 원자보다 훨씬 크고 특성을 조사하는 것을 상상할 수 있습니다. 이것이 Schrödinger의 새끼 고양이를 만드는 노력입니다.
네덜란드의 Delft University of Technology의 Simon Gröblacher는“많은 물리학 자들은 대규모로 놀라움을 기대하지 않습니다. “그러나 약 10 개의 원자로 양자 상태를 만들기 시작하면 어떤 일이 일어날 지 알 수 없습니다.”이것은 일상적인 물체의 전형적인 규모입니다.
.새로운 실험은 Schrödinger가 생각한 것에도 불구하고 상대적으로 큰 물체가 실제로 반 직관적 인 양자 행동을 나타낼 수 있음을 보여줍니다.
Gröblacher와 그의 동료들은 단면에서 각각 10 마이크로 미터, 1 x 0.25 마이크로 미터의 실리콘 마이크로 빔을 만들었습니다. 각각은 적외선 레이저 라이트를 흡수하고 트랩하는 빔을 따라 구멍을 뚫었습니다. 그런 다음 연구원들은 각 빔에 하나씩 경로의 중첩으로 빛으로 빔을 흥분시킵니다. 그렇게함으로써, 그들은 두 개의 빔을 단일 양자 진동 상태에 얽힐 수있었습니다. 당신은 그것을 두 개의 얽힌 고양이의 아주 작은 것으로 생각할 수 있습니다.
기계식 발진기 사이의 또 다른 종류의 얽힘은 Gröblacher 팀의 Nature 과의 연속 논문에서보고되었습니다. , 핀란드의 Aalto University의 Mika Sillanpää 및 동료. 그들은 초전도 와이어를 통해 두 개의 미세한 드럼 헤드와 같은 금속 시트를 결합했습니다. 와이어는 전자 레인지 주파수에서 진동하는 전류 진동 (초당 약 50 억 진동)을 포함 할 수 있습니다. 전자기장은 진동 플레이트에 압력 을가합니다. Sillanpää는“전자기장은 두 개의 드럼 헤드를 얽힌 양자 상태로 강제하는 일종의 매체 역할을합니다.
연구자들은 오랫동안 수십억의 원자가있는“큰”미세 기계적 발진기에서 중첩 및 얽힘과 같은 양자 효과를 달성하고자했습니다. Sillanpää는“1970 년대 후반부터 이론적으로 논의 된 기계적 발진기 상태에 대해 논의되어 왔지만 지난 몇 년 동안 만 그러한 상태를 만들 수있는 것이 기술적으로 가능해졌다”고 Sillanpää는 말했다.
이러한 실험을 투어 드 포스로 만드는 것은 양자 규칙에 의해 지배되는 것의 큰 물체를 일반적으로 고전 물리학에 순종하는 것들로 바꾸는 과정을 피하는 과정을 피하는 것입니다. 이 과정은 측정 퍼즐의 누락 된 부분 (적어도 대부분)을 제공하는 것 같습니다.
그것은 디코 언어라고 불리며, 오히려 깔끔하게 얽힘에 관한 것입니다. 양자 역학에 따르면, 얽힘은 두 양자 물체 사이의 상호 작용의 불가피한 결과입니다. 따라서 고양이 (고양이)가 상태의 중첩에서 시작되면, 그 중첩 (양자)은 물체가 환경과 상호 작용하고 점점 더 얽히게 될 때 퍼져 나옵니다. 그러나 실제로 중첩을 관찰하려면 모든 얽힌 입자의 양자 거동을 추론해야합니다. 이것은 수영장에 분산 될 때 모든 원자를 잉크로 추적하는 것이 불가능한 것과 거의 같은 방식으로 빠르게 불가능 해집니다. 환경과의 상호 작용으로 인해 원래 입자의 양자 특성이 누출되어 분산됩니다. 그것은 해독입니다.
양자 이론가들은 디코 언가 고전 물리학에서 볼 수있는 종류의 행동을 일으킨다는 것을 보여 주었다. 그리고 실험가들은 디코 언어의 율을 제어 할 수있는 실험에서 그것을 입증했다.
그러므로 디코 언어는 양자 클래식 전이에 대한 현재의 이해의 핵심이다. 간섭, 중첩 및 얽힘으로 인한 상관 관계와 같은 양자 거동을 나타내는 대상의 능력은 그것이 얼마나 큰지와 관련이 없습니다. 대신 그것은 환경에 얽힌 방법에 달려 있습니다.
그럼에도 불구하고, 크기는 대상이 클수록 환경과 디코어에 더 쉽게 얽히게 될 수 있기 때문에 크기는 일반적으로 역할을합니다. 고양이와 같은 크고 따뜻하고 불안한 물체는 어떤 종류의 양자 역학적 중첩에 남아 있기를 희망하지 않으며, 다소 즉각적으로 탈색 할 것입니다.
단순히 고양이를 상자에 넣고 운명을 양자 이벤트의 결과와 연결하는 경우, 디코 언가 거의 즉시 한 상태 또는 다른 상태로 강제하기 때문에 살아 있고 죽은 사람의 중첩에 넣을 수는 없습니다. 환경과의 모든 상호 작용을 제거하여 디코어링을 억제 할 수 있다면 (초음파 진공 상태에서 고양이를 죽이지 않고!) - 글쎄, 그것은 또 다른 이야기이며 논증은 지속됩니다. 고양이를 위해 그것을 달성하는 방법을 상상하는 것은 거의 불가능합니다. 그러나 그것은 본질적으로 Gröblacher와 Sillanpää의 팀이 작은 발진기로 달성 한 것입니다.
양자 고급 경계를 향해 상단 내려 가면서 양자를 충분히 작을 때 양자를 진동 물체에 섭취 할 수 있는지 확인하는 대신 바닥에서 올 수 있습니다. 우리는 중첩 및 간섭과 같은 양자 효과가 개별 원자 및 소분자에서도 쉽게 볼 수 있다는 것을 알고 있기 때문에 더 많은 원자를 추가 할 때 이러한 효과가 얼마나 멀리 지속될 수 있는지 궁금 할 것입니다. 세 팀 이이 질문을 탐색하여 Bose-Einstein Condensate (BEC)라는 상태에서 얽매여 최대 수만 개의 초음파 원자 구름에 대한 양자 상태를 달성했습니다.
.아인슈타인과 인도의 물리학자인 Satyendra Nath Bose는 그러한 국가가 두 가지 일반적인 기본 입자 중 하나 인 Bosons (Bose의 이름) 사이에 존재할 수 있다고 지적했다. BEC에서, 모든 입자는 동일한 단일 양자 상태에 있으며, 이는 실제로 하나의 큰 양자 물체처럼 작용한다는 것을 의미합니다. 양자 효과이기 때문에 Bose-Einstein 응축은 매우 낮은 온도에서만 발생하며 BEC는 1995 년에 가장 순수한 형태 (Bosonic 입자 구름)에서만 볼 수있었습니다. Rubidium의 원자에서 절대 제로 이상의 정도의 수십억 분으로 냉각되었습니다.
.이러한 초음파 원자로 만든 BEC는 물리학 자에게 양자 현상을 조사하기위한 새로운 매체를 제공했습니다. 과거에는 연구자들이 그러한 구름 (아마도 수천 개의 원자)이 모든 원자가 함께 정해져있는 상태에 배치 될 수 있음을 보여주었습니다.
.독일의 Leibniz University Hannover의 Carsten Klempt는 Schrödinger의 새끼 고양이가 엄격하지 않다고 말했다. 이들은 일반적으로 일반적으로 위쪽 스핀과 하향 스핀 (“살아있는”및“죽은”과 유사한)이있는 상태의 중첩으로 정의됩니다. 이 얽힌 원자 구름에서는 그렇지 않습니다. 그럼에도 불구하고, 그들은 여전히 비교적 큰 규모의 양자 행동을 보여줍니다.
그러나 EPR 스타일의 얽힘의 "고양이 규모"구체 예라는 생각에는 더 중요한 조건이 있습니다. 원자는 모두 우주에서 함께 혼란스럽고 동일하고 구별 할 수 없습니다. 이것은 그들이 얽히더라도 한 객체의 특성 사이의 상관 관계로 볼 수 없다는 것을 의미합니다. 그리고 다른 . Klempt는“초음파 원자의 Bose-einstein 응축수는 구별 할 수없는 원자의 큰 앙상블로 구성되며 문자 그대로 물리적 관찰 가능성에서 동일합니다. "따라서 EPR 사고 실험에 묘사 된 얽힘의 원래 정의는 실현 될 수 없습니다." 실제로, 구별 할 수없는 입자들 사이의 얽힘의 전체 개념은 이론적으로 논쟁의 여지가있다. 독일 하이델베르크 대학교의 필립 쿤켈 (Philipp Kunkel)은“얽힘 개념은 서로 얽힌 [뚜렷한] 하위 시스템을 정의 할 가능성이 필요하기 때문입니다.
EPR 사고 실험에서 공간적으로 분리 된 입자의 얽힘과 직접적으로 유사한 훨씬 더 명확한 종류의 얽힘은 이제 Hannover의 Klempt 팀, Heidelberg의 Kunkel 그룹 (Markus Oberthaler가 이끄는)과 Switzerland의 Philipp Treutlein이 이끄는 팀의 세 가지 실험에서 시연되었습니다. Treutlein은“고전 물리학과의 충돌은 특히 공간적으로 분리 된 시스템 사이에서 얽힘이 관찰 될 때 특히 인상적입니다. "이것은 1935 년 EPR 논문이 고려하는 상황입니다."
세 그룹 모두 전자기 트래핑 필드 (“원자 칩”에서 미세한 장치에 의해 생성되거나 교차 레이저 빔에 의해 생성 된)에 수백 ~ 수천 개의 루비듐 원자의 구름을 사용했습니다. 연구원들은 적외선 레이저를 사용하여 원자의 스핀에서 양자 전이를 자극하고 얽힘의 징후 부호 인 스핀 값 사이의 상관 관계를 찾았습니다. Heidelberg와 Basel 그룹은 단일 큰 구름에서 두 개의 다른 지역을 해결했지만 Klempt의 그룹은 실제로 빈 공간 영역을 중간에 삽입하여 클라우드를 분할했습니다.
.바젤과 하이델베르크 그룹은 양자 조향이라는 효과를 통해 얽힘을 입증했으며, 여기서 두 얽힌 영역의 명백한 상호 의존성이 이용되어 그 중 하나에 대한 측정을 통해 연구원들이 다른 측정을 예측할 수있게되었다. Treutlein은“ '스티어링'이라는 용어는 Schrödinger가 소개했습니다. "이것은 영역 A의 측정 결과에 따라 시스템 B 변경을 설명하는 데 사용하는 양자 상태에 따라 사실을 말합니다." 그러나 이것은 A와 B 사이에 즉각적인 정보 전송 또는 통신이 있음을 의미하지는 않습니다.“측정 결과는 여전히 확률 론적이기 때문에 먼 시스템의 상태를 결정적으로 조종 할 수 없습니다.”라고 Kunkel은 말했습니다. "원인의 영향은 없습니다."
이 결과는“매우 흥미 롭다”고 베를린 무료 대학교의 Jens Eisert는이 작업에 관여하지 않았다고 말했다. "원자 증기의 얽힘이 오래 전에 생성되었습니다."라고 그는 말했습니다.“하지만 여기서는이 시스템의 주소 및 제어 수준이 다릅니다.”
.공간적으로 분리 된 영역 사이에 존재할 때 얽힘의 명확한 시연 외에도 이러한 방식으로 작업을 수행하는 데 실질적인 이점이 있습니다. 양자 정보 처리를 위해 별도의 영역을 개별적으로 해결할 수 있습니다. Treutlein은“원칙적으로 다른 모든 원자에 영향을 미치지 않고 BEC의 개별 원자를 다루는 것은 불가능합니다. "그러나 우리가 공간적으로 분리 된 두 지역을 개별적으로 해결할 수 있다면, 양자 순간 이동 또는 얽힘 교환과 같은 양자 정보 작업에 얽힘이 가능해집니다." 그러나 현재 실험에서 수행 한 작업을 넘어 구름의 물리적 분리가 증가해야한다고 그는 덧붙였다. 이상적으로는 Klempt는 구름을 개별적으로 주소 변형 가능한 원자로 더 나눌 것이라고 말했다.
.이와 같은“대형”양자 물체는 우리가 새로운 물리학을 조사 할 수있을 수도 있습니다. 예를 들어, 중력이 양자 행동에 중대한 영향을 미치기 시작하면 어떤 일이 발생하는지 알아냅니다. Eisert는“이 새로운 얽힌 상태를 제어하고 조작하는이 새로운 방법으로 중력 이론에서 양자 효과에 대한 정교한 테스트를위한 여지가있을 수 있습니다. 예를 들어, 중력 효과는 양자 상태의 물리적 붕괴를 고전적인 것들로 유도 할 수 있다고 제안되었다. Treutlein은 물리적 붕괴 모델을 테스트하는 한 가지 방법은 뚜렷한 원자의 "물질 파"사이의 간섭과 관련이 있다고 말했다. Klempt는“대부분의 물리학 자들은 시스템 크기가 증가함에 따라 양자 물리학의 갑작스런 고장을 기대하지 않을 것”이라고 말했다. 그러나 Kunkel은“서로 얽힐 수있는 물체의 크기에 근본적인 한계가 있다면 실험적으로 그리고 이론적으로 여전히 열린 질문입니다.”
.Sillanpää는“가장 흥미로운 질문은 어떤 의미에서 어떤 의미에서 얽힘을 할 수없는 근본적인 규모가 있는지 여부입니다. "이것은 정상적인 양자 역학 외에 다른 것이 그림에 들어가는 것을 의미하며, 예를 들어 중력으로 인해 붕괴 될 수 있습니다." 중력이 역할을한다면, 그것은 현재 양자 역학과 일반적인 상대성 이론을 통합하는 양자 중력 이론을 개발하는 방법에 대한 힌트를 제공 할 수 있습니다.
그것은 Schrödinger의 새끼 고양이들에게 상당히 쿠데타가 될 것입니다. 지금은 양자 행동에 대해 특별한 것이 없다는 일반적인 신념을 강화합니다. 우리의 고전적인 웹이 등장하는 더 엉킨 고양이의 요람으로 스스로를 돌린다는 사실을 넘어서. 그리고 그 과정에서 고양이를 죽일 필요가 없습니다.
