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우리가 쓰는 암호의 원리: 소인수분해와 양자컴퓨터 이야기 어느 숫자에 숨겨진 비밀 이야기어느 날, 인터넷 쇼핑몰에서 결제를 하려다 문득 이런 생각이 들었다.“이 수많은 사람들 속에서, 내 카드 정보는 어떻게 안전하게 지켜질까?”화면에는 단지 자물쇠 모양 하나만 떠 있지만, 그 뒤에서는 아주 복잡한 계산이 순식간에 이루어진다. 그리고 그 계산의 출발점에는, 의외로 중학교 때 배웠던 소수가 있다.1. 아주 쉬운 계산, 그런데 왜 안전할까?소수는 1과 자기 자신으로만 나누어지는 수다.2, 3, 5, 7 같은 숫자들은 누구에게나 익숙하다.이 소수 두 개를 골라 곱해 보자.11 × 17 = 187이 계산은 몇 초도 걸리지 않는다.그런데 만약 187이라는 숫자만 던져주고 “이걸 다시 소수의 곱으로 나눠봐”라고 하면, 잠깐 생각이 필요해진다.숫자가 작을 때는 괜찮다.하지만.. 2025. 12. 20.
전자현미경은 왜 빛 대신 전자를 사용할까? 해상도의 물리학적 한계 안녕하세요. 오늘은 과학 수업 시간에 배웠던 현미경에 대해 궁금했던 점을 정리해보려고 합니다. 바로 전자현미경이 왜 일반 광학현미경과 다르게 빛이 아닌 전자를 사용하는지에 대한 이야기인데요, 알고 보니 여기에는 흥미로운 물리학 원리가 숨어있더라고요.1.현미경의 기본 원리우선 현미경이 어떻게 작동하는지부터 간단히 살펴볼까요? 우리가 중학교 과학 시간에 사용했던 광학현미경은 렌즈를 통해 빛을 모아서 작은 물체를 확대해서 보여줍니다. 대물렌즈와 접안렌즈의 조합으로 수백 배까지 확대가 가능하죠.하지만 여기에는 근본적인 한계가 있습니다. 아무리 좋은 렌즈를 사용하고, 아무리 배율을 높여도 일정 수준 이상으로는 선명하게 볼 수 없다는 거예요. 이것을 '회절 한계'라고 부르는데, 이게 바로 오늘 이야기의 핵심입니다... 2025. 12. 15.
양자역학으로 보는 MRI 원리: 핵스핀 공명, 라머 주파수, T1·T2 이완 이해하기 병원 대기실에서 자기공명영상(MRI) 촬영 순서를 기다리고 있다고 상상해 보자. 거대한 동그란 기계 안으로 들어가면 '쿵쿵' 거리는 소리가 나고, 잠시 후에는 몸 속 장기가 또렷하게 찍힌 이미지를 받아볼 수 있다. 그런데 이 이미지는 사실, 우리 몸 속 수많은 수소 원자핵이 양자역학적인 방식으로 "공명"하며 보내온 신호를 해석한 결과물이다.X선이 빛을 쏘아서 뼈의 그림자를 찍는다면, MRI는 자기장과 전파를 이용해 우리 몸속 물 분자의 수소 원자핵을 흔들고, 그 반응을 측정해서 영상을 만든다. 이 놀라운 기술의 바탕에는 양자역학이 있다. 이 글에서는 양자역학 시리즈의 한 편으로, MRI의 핵스핀 공명 원리를 차근차근 정리해 본다.1. MRI와 양자역학의 연결고리MRI(Magnetic Resonance .. 2025. 12. 13.
원자시계가 정확한 이유 — 양자 전이가 정의한 절대시간 1. 인류가 ‘시간’을 정의해온 역사(검색 키워드: 시간의 역사, 초의 기원, 세슘 원자시계 정의)인류는 오랜 세월 동안 해와 별, 달의 주기를 통해 시간을 재왔다. 고대의 해시계나 물시계는 천체의 움직임을 관찰한 결과물이었고, 산업혁명 이후에는 진자시계가 시간의 기준이 되었다.그러나 지구 자전은 완벽하게 일정하지 않다. 미세한 지진, 조석 효과, 대기 변화로 인해 하루의 길이는 지속적으로 변동한다.이 때문에 20세기 중반, 물리학자들은 자연 상수에 기반한 절대적인 시간 기준이 필요하다고 느꼈다.1967년 국제도량형총회(CGPM)는 ‘1초’를 세슘-133 원자의 초미세 준위 사이의 전이에 대응하는 9,192,631,770회의 복사 진동기간으로 정의했다.이 사건은 인류가 처음으로 ‘자연이 결정한 리듬’을 .. 2025. 12. 12.
전기가 ‘저항 없이 흐르는’ 기적의 원리: 초전도체와 쿠퍼페어(Cooper Pair) 1. 겨울 밤, 전기가 사라지지 않는다면?겨울밤 난방을 켤 때마다 전선에서 발생하는 열손실(저항) 때문에 실제로는 많은 에너지가 낭비된다.그런데 만약 전기가 흐르면서 열이 전혀 발생하지 않는 물질이 존재한다면 어떨까?이 상식적으로 불가능해 보이는 현상을 실현한 것이 바로 **초전도체(superconductor)**이며,그 중심 원리가 **쿠퍼페어(Cooper Pair)**이다.2. 초전도 현상: 전기 저항이 0이 되는 상태초전도체는 일정 온도(Tc) 이하로 냉각하면전기 저항이 완전히 사라지고, 내부에 자기장이 침투하지 못하는 Meissner 효과가 나타난다.하지만 이 두 현상은 단순한 ‘차가움’ 때문이 아니라물질 내부 전자가 특별한 방식으로 짝을 이루기 때문이다.그 짝이 바로 쿠퍼페어다. 3. 쿠퍼페어(.. 2025. 12. 11.
양자우물과 양자점 기술: TV부터 양자컴퓨터까지, 나노 기술이 바꾸는 우리의 일상 보이지 않는 세계가 만드는 혁신여러분이 지금 보고 계신 스마트폰 화면, 거실의 LED TV, 그리고 밤길을 밝히는 자동차 헤드램프. 이 모든 것들의 공통점이 무엇일까요? 바로 눈에 보이지 않는 나노 세계의 기술, '양자 우물'과 '양자점'이 숨어 있다는 것입니다."전자를 작은 공간에 가두면 색과 성능을 마음대로 설계할 수 있다"는 놀라운 원리를 바탕으로, 오늘날 반도체 산업은 눈부신 발전을 이루고 있습니다. 이 글에서는 우리 일상 속 깊숙이 자리잡은 양자 기술을 쉽게 풀어서 설명해드리겠습니다. 1. 양자 우물(Quantum Well)이란 무엇인가?1-1. 전자를 가두는 샌드위치 구조양자 우물을 이해하는 가장 쉬운 방법은 '빵 사이에 잼을 넣은 샌드위치'를 떠올리는 것입니다. 두 개의 서로 다른 반도체 물.. 2025. 12. 10.

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