지식보관소_ 최초로 생명체를 양자얽힘 상태로 만들어버린 사건

 

 

얼마 전 출판 전 온라인데이터베이스인 avXiv아카이브에 실린 연구에 따르면

무려 물곰이라 불리는 생명체인 완보동물을

양자중첩상대로 만드는 데 성공했다고 합니다.

 

이는 슈뢰딩거의 고양이가 아니라

슈뢰딩거의 물곰인 셈이죠.

 

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20세기초 광자나 전자 단위에서 이중 슬릿 실험을 하던 중에

관측하지 않을 때에는 이중 슬릿을 동시에 통과하지만

이중슬릿 중에 어디로 전자가 통과하는지 측정하려고 시도하다 보면

동시에 두 구멍으로 전자가 통과하는

그 현상이 사라지게 되었습니다.

 

이 양자역학의 이상한 실험 결과에 대해

코펜하겐에 있었던 회의에서

닐스 보어와 하이젠베르크는

전자는 관측 전에는 파동으로 존재하다가

관측하면 입자가 된다는

황당해 보이는 주장인 코펜하겐 해석을 하게 되죠.

 

당시에 슈뢰딩거와 아이슈타인은 이 주장을 굉장히 싫어했고,

이 주장을 비판하기 위해 제작된 것이

바로 슈뢰딩거가 제안한 사고 실험인 슈뢰딩거의 고양이입니다.

 

여기서 슈뢰딩거의 고양이는

실제로 존재하는 고양이가 아니라

양자역학의 허점을 찌른 가설입니다.

 

만약에 코펜하겐의 해석대로

소립자의 세계에서 관측 전까지

입자의 위치나 상태가 확정되지 않는다면

즉 파동함수로 존재를 한다면

상자 안에 고양이를 넣고

방사성붕괴가 될 확률이 반반인 방사성 동위원소를 넣는다면

고양이는 상자를 열어보기 전까지는

살아있으면서도 죽어 있는 상태가 중첩되어있다는 얘기입니다.

 

한마디로 양자역학이 미시세계와 거시세계를 나눠가면서

양자역학에서 일어나는 이상한 현상을

그냥 넘어가려고 한 것에 대해

정면 비판한 것이 바로 슈뢰딩거의 고양이인 것이죠.

 

하지만 더 놀랍게도 과학이 발달하면서

슈뢰딩거의 비판보다는

코펜하겐의 해석이 맞다는 결과들이 등장하고 있습니다.

 

2019년에 제 채널에 올린 영상에서도

현재까지 광자나 전자뿐만이 아니라

풀러렌이나 더 큰 분자들에 이어서 심지어 유기물까지

이중슬릿 실험을 통과했기 때문이죠.

 

당시 연구팀의 최종 목표는

바이러스나 가장 작은 박테리아를 사용해서

이중슬릿 실험을 성공하는 것이라고 밝혔었습니다.

 

하지만 광자나 전자는 엄청나게 작고 또 빨라서

이중슬릿을 지나서 스크린에 도달할 때까지

관측이 안 되는 것이 가능하긴 하지만

크기가 큰 분자들은

날아가는 도중에 공기와 부딪히거나

여러 가지로 상호작용이 일어날 수 있기 때문에

이는 불가능하다고 생각했었습니다.

뭐 지금까진 말이죠.

 

얼마 전 출판 전 온라인데이터베이스인 avXiv아카이브에 실린 연구에 따르면

무려 물곰이라 불리는 생명체인 완보동물을

양자중첩상태로 만드는 데 성공했다고 합니다.

이는 슈뢰딩거의 고양이가 아니라 슈뢰딩거의 물곰인 셈이죠.

 

연구팀의 주장에 따르면

절대영도로 냉각된 물곰을

아주 일시적으로 양자 중첩 상태로 만들었으며,

이 물곰의 중첩 상태를 사용해서

양자컴퓨터 회로를 동작시켰다고 합니다.

 

현실적으로 아무리 진공상태에 절대영도로 냉각시켜도

살아있는 생명체로 이중슬릿 실험을 성공하기는 힘듭니다.

 

연구팀은 대신에 물곰을

양자컴퓨터의 큐비트로 만들 방법을 생각을 했는데

양자컴퓨터의 회로에 물곰을 넣고

원래는 큐비트를 넣어서

양자중첩을 유지해야 하는 자리에

절대영도로 만들어진 물곰을 넣었습니다.

 

연구팀이 주장하는 데이터에 따르면

극도로 짧은 시간에 물곰큐비트,

물곰큐비트라고 하니까 조금 이상하긴 한데 아무튼

물곰큐비트가 실제로 작동했고

살아있는 생명체로 양자중첩을 일으켰다고 합니다.

심지어 이때 참여한 미거지 중의 하나는

해동을 시켜서 살아났다고 하네요.

 

물곰은 크기가 0.1mm 정도로

굉장히 작은 완보동물로 불리는 생명체인데

절대영도나 공기가 없는 곳에서조차 생존이 가능해서

과학 연구에서 무수히 많이 활용되고 있습니다.

 

심지어 우주 같은 극한의 환경에서조차 생존이 가능해서

우주정거장까지 갔었죠.

또한 냉동 상태에서 해동을 해도 살아날 정도로

생명력이 강한 생명체이기 때문에

이번 연구에서도 양자중첩을 실험 이후

한 마리의 물곰이 소생했다고 합니다.

물론 나머지 물곰은 전부 사망했다고 하네요.

 

이중슬릿보다 양자 컴퓨터 큐빗으로 만들어서 동작시키는 실험이 더 쉬운 이유는

이중슬릿은 슬릿을 통과하고 스크린에 도달할 때까지

긴 기간 동안 단 1개의 원자와도 상호작용이 없어야 하지만

양자큐비트는 아주 극도로 짧은 시간이라고 하더라도

측정이 가능한 시간 동안 상호작용이 없을 수가 있다면

그 시간 동안은 Coherence state가 되는 것이죠.

 

다만 이 논문에서 주의해야 할 점은

아직 출판 전 온라인 데이터베이스인 avXiv에 실린 내용이기 때문에

아직 동료심사가 되지 않았다는 것입니다.

 

그리고 꽤 많은 물리학자들이

이 논문 내용에 의문을 가지고 있는 상황이라서

실험이 성공을 했다라고 지금 얘기할 수 있는 상황은 아니지만

의심을 가지고 있는 물리학자들도

측정하기 전에는 생명체도 중첩상태를 가질 수 있다는 내용에는

동의하고 있습니다.

 

사실 소립자가 아니더라도 관측되지 않으면

중첩상태를 지닌다는 의미는 충격입니다.

코펜하겐 해석 때는

아인슈타인과 슈뢰딩거 같은 많은 과학자들이

이 견해에 반대했었지만

현재 최첨단 물리학계에선 코펜하겐 해석이 맞다고 보고 있죠.

 

그리고 이 내용은 우주가 시뮬레이션 다중우주라는 가설에서

시뮬레이션 프로그램을 최적화하기 위해

관측하지 않는 정보는 파동으로 존재한다는

재미있는 주장으로도 사용되는 떡밥입니다.

 

사실 개인적으로는

우주가 프로그래밍 된 시뮬레이션일 가능성이 있다는 데에는 동의하지만

그 주체가 인간이라는 내용은 굉장히 싫어합니다.

 

과학과 종교의 다른 점은

인간 중심적인 사고에서 나온다고 보는데

저는 신이 인간을 창조했거나 모방했다고 보지 않기 때문이죠.

 

근데 댓글에서 보면 무슨 다 겜돌이만 있어서

시뮬레이션 게임으로 생각하는 사람들이 많은데

실제로는 수학공식이나 빅뱅이나 우주의 물리현상을 재현하는

시뮬레이션들이 많습니다.

초기 설정값과 수학공식에 의해

자연스럽게 나온 시뮬레이션 우주라고 보는 것이죠.

 

시뮬레이션 다중우주론을

게임 NPC에 빗대 설명하는 건

아직도 우주의 중심이 인간이라고 착각하는

인류중심적인 사고관입니다.

 

갑자기 얘기가 조금 딴 곳으로 샜는데

이번 연구로 생각을 해볼 것은

실용성과는 거리가 멀지만

양자역학과 고전역학,

그러니까 미시세계와 거시세계를 구분하는 기준은

애초에 관측 여부라는 것입니다.

 

거시세계에서 특히 지구에서는

대기와 강한 태양광으로 인해서

항상 상호작용이 일어나기 때문에 양자중첩을 보이지는 않지만

너무나도 작고 빠르거나

은하 밖에 우주의 빛도 거의 없고 완전 진공인 곳에서는

양자중첩(결맞음)은 좀 더 보편적인 현상일 수도 있다는 것이죠.

 

개인적으로 생명체나 바이러스로

이중슬릿 실험을 성공하는 것이

가능하게 될지는 궁금하긴 하네요.