과학블로그8 양자컴퓨터: 큐비트와 중첩으로 구현되는 미래의 계산 양자역학의 핵심 원리인 **중첩(Quantum Superposition)**과 **얽힘(Quantum Entanglement)**을 활용하여 기존 컴퓨터의 한계를 뛰어넘는 새로운 계산 장치가 바로 **양자컴퓨터(Quantum Computer)**입니다.전통적인 디지털 컴퓨터가 0과 1로 구성된 비트를 기반으로 작동하는 것과 달리, 양자컴퓨터는 **큐비트(Qubit)**를 이용하여 동시에 여러 상태를 표현하고 연산할 수 있습니다.1. 큐비트와 중첩큐비트는 고전 컴퓨터의 비트와 달리 0과 1 상태가 동시에 존재하는 중첩 상태를 가집니다.수학적으로 큐비트 상태는 다음과 같이 표현됩니다.∣ψ⟩=α∣0⟩+β∣1⟩,∣α∣2+∣β∣2=1|\psi\rangle = \alpha |0\rangle + \beta |1\ra.. 2025. 11. 17. 파동-입자 이중성: 빛과 전자가 동시에 가진 두 얼굴 양자역학의 세계에서 가장 놀라운 발견 중 하나는 **파동-입자 이중성(Wave-Particle Duality)**입니다.빛과 물질 입자는 동시에 파동의 성질과 입자의 성질을 갖고 있으며,이는 고전 물리학의 상식과 완전히 다른 현상을 보여줍니다.1. 고전적 관점과 양자적 혁명고전 물리학에서는 빛을 파동으로, 전자를 입자로 구분했습니다.빛은 회절, 간섭 등 파동적 현상을 설명하는 전자기파로 이해전자는 질량과 위치를 가진 입자로 취급하지만 20세기 초, 광전효과(Photoelectric Effect) 실험에서 빛이 입자처럼 행동함을 발견하면서,빛이 **입자성(Photon)**과 파동성을 동시에 가진다는 사실이 드러났습니다.마찬가지로, 전자는 전자회절(Electron Diffraction) 실험에서파동처럼 간섭.. 2025. 11. 17. 양자 터널링: 입자가 장벽을 뚫는 신비 양자역학에서 가장 직관을 넘어서는 현상 중 하나가 바로 **양자 터널링(Quantum Tunneling)**입니다.고전역학에서는 불가능해 보이는 일이, 미시 세계에서는 자연스럽게 일어납니다.입자가 충분한 에너지를 가지지 못했음에도 불구하고,‘에너지 장벽(Barrier)’을 통과할 수 있는 현상을 양자 터널링이라고 부릅니다.1. 고전역학적 한계와 양자역학적 가능성고전 물리학에서는 입자가 장벽보다 에너지가 낮으면 통과할 수 없습니다.예를 들어, 공이 벽보다 낮은 속도로 굴러간다면 공은 멈추고 되돌아옵니다.하지만 양자역학에서는 입자가 **파동함수(wave function)**로 기술되기 때문에 상황이 달라집니다.입자의 파동함수는 장벽을 만나도 0이 되지 않고 장벽을 일부 침투합니다.이 파동함수의 ‘꼬리(tai.. 2025. 11. 16. 관측 문제: 보는 순간 결과가 정해진다 양자역학에서 가장 신비로운 개념 중 하나는 ‘관측 문제(Measurement Problem)’입니다.이는 단순히 “무엇을 본다”의 차원이 아니라,관측 행위 그 자체가 현실의 상태를 결정한다는 근본적 질문을 던집니다.즉, 미시 세계에서는 ‘존재’가 관측과 분리될 수 없다는 뜻입니다.🌌 1. 고전 물리학의 확실성과 양자역학의 불확실성고전역학에서 물체의 위치나 속도는 언제나 명확합니다.뉴턴 역학의 세계에서는 모든 입자가 원인과 결과의 법칙을 따르며 움직이고,관찰자는 그저 이를 기록할 뿐입니다.그러나 양자역학의 세계에서는 달라집니다.전자, 광자와 같은 미시 입자들은 위치도, 운동량도 동시에 확정되지 않습니다.하이젠베르크의 불확정성 원리에 따르면,한 입자의 정확한 위치를 알수록 운동량의 불확실성은 커지고,운동량.. 2025. 11. 16. 슈뢰딩거의 고양이: 양자역학의 철학적 실험 “상자 안의 고양이는 살아 있을까, 죽어 있을까?”이 질문은 단순한 상상이 아니라, 양자역학의 본질을 찌르는 사고 실험입니다.1935년, 오스트리아의 물리학자 **에르빈 슈뢰딩거(Erwin Schrödinger)**는양자역학의 해석이 지닌 모순을 드러내기 위해 이 유명한 예시를 제시했습니다.1️⃣ 사고 실험의 설정슈뢰딩거는 이렇게 상상했습니다.“밀폐된 상자 안에 한 마리의 고양이를 넣고,한 개의 방사성 원자, 방사선 검출기, 독가스 장치가 함께 들어 있다.”원자가 **1시간 안에 붕괴될 확률은 50%**입니다.만약 붕괴되면 검출기가 작동하여 독가스가 방출, 고양이는 죽습니다.붕괴되지 않으면 고양이는 살아 있습니다.하지만 문제는 여기에 있습니다.양자역학에 따르면, 원자는 관측되기 전까지 ‘붕괴한 상태’와 .. 2025. 11. 16. 파동함수의 붕괴와 관측의 문제 — 양자세계의 불확실한 현실 1. 관측 이전의 세계: ‘가능성’으로 존재하는 입자양자역학은 물질을 파동함수(Ψ) 로 기술한다.이 함수는 입자가 특정 위치나 에너지 상태에 있을 확률의 분포를 나타낸다.즉, 전자는 하나의 고정된 점이 아니라, 존재할 수 있는 모든 가능성의 중첩(superposition) 으로 표현된다.예를 들어, 전자가 두 개의 슬릿을 통과하는 실험에서그 입자는 ‘어느 한쪽’을 지나는 것이 아니라두 슬릿을 동시에 통과한 파동으로 존재한다.그러나 우리가 그 위치를 관측하는 순간,파동함수는 특정 위치로 ‘붕괴(collapse)’ 한다.이 현상이 바로 양자역학에서 가장 근본적인 수수께끼로 꼽힌다.2. 붕괴란 무엇인가: 수학과 물리의 경계파동함수의 붕괴는 수학적으로는 다음과 같이 표현된다.Ψ→Ψi\Psi \to \Psi_iΨ.. 2025. 11. 15. 이전 1 2 다음
