양자 지우개

양자역학에 관심이 있다면 양자지우개, quantum eraser라는 말을 들어봤을 것이다. 못 들어보신 분도 있을 것이니 간단하게 설명해 보자.

먼저 레이저 포인터로 벽을 비춘다. 거리가 멀면, 벽에 둥글게 초점이 흐려진 붉은 영역이 보일 것이다. 이제, 벽과 포인터 사이에 수직으로 긴 줄을 하나 놓은 후, 벽을 바라보자. 그러면 아래와 같은 간섭 패턴을 관측할 수 있다. 빛은 파동이이고 wire때문에 그 빛은 좌측과 우측으로 갈라져서 벽에 도달할 때에 상쇄 혹은 보강 간섭하기 때문이다. 빛은 파동이다.

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빛은 수직 혹은 수평 혹은 회전 편광이 가능하다. 빛을 수직 편광기를 통과시키면 수직 방향 성분만 남고 반대로 수평 편광기를 통과시키면 수평 방향 성분만 남는다. 입체 영화를 우리가 감상할 수 있는 방식 중, 편광 방식이 가능한 이유이다. 만약, 수평과 수직 편광기를 겹치면? 그러면 첫번째에서 수직만 걸르지고 두번째는 수평만 통과시키기에 깜깜한, 즉 아무것도 볼 수 없다. 이제, Wire의 좌측에는 수직, 우측에는 수평 편광기를 두자. 벽에 도달한 빛을 붙잡아 조사하면 우리는 그 빛이 좌측으로 온 넘인지, 우측으로 온 넘인지 알 수 있다. 따라서 이를 path labeler라고 부르자. 그러면 벽에서 갑자기 간섭 패턴이 사라진다. 빛은 입자이다.

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이제, path labeler와 벽 사이에 수직 혹은 수평 편광기를 두고 벽을 보자. 변화가 없다. 어차피 path labeler가 이미 좌측으로 온 것인지 우측으로 온 것인지 알기 때문에, 만약 수직 편광기를 두었다면 우측으로 온 놈은 없을 것이고, 반대로 수평편광기라면 좌측으로 온 넘은 없을 것을 이미 알고 있다. 여기까지 빛은 입자이다.

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이제 흥미로운 현상이 발생한다. 만약 45도 편광기를 둔다면 어떻게 될까? Path labeler가 이미 광자의 입자성을, 즉, 정체를 노출했기 때문에 이제 빛은 입자로서 행동해야 하지만, 마치, 자신이 입자라는 것을 잊은 것처럼, 즉, quantum erasing된 것처럼 다시, 간섭 패턴이 발생한다. 이것은 무엇을 의미하는 것일까? 우리가 이미 입자로서의 성질을 관측했음에도 불구하고 왜 다시 입자성은 사라지는 것일까? 관측이란 어떤 행위를 말하는 것일까?

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