[질문] 양자역학의 대표적 응용사례는 뭐가 있을까요?
질문 및 토론
양자역학
작성자
시지프스
작성일
2022-03-29 17:50
조회
15835
상대성 이론의 실제 적용 사례로 GPS 나 가속기에서 입자의 수명이 늘어나는 것 등을 듭니다.
상대성 이론에서 광속에 가깝게 빨리질 수록 시간이 늘어나고, 중력이 강하면 역시 시간이 늘어나고 등등을 설명하고 나서, 이상하게만 느껴지지만, 실제로 이 현상을 이용하는 것이 이러저러한 것이 있다고 하면, 왠지 좀 더 현실감이 느껴집니다. (심리적 저항감이 약간은 줄어든다고나 할까요? ^^)
그렇다면, 양자역학의 실제 적용 사례로는 뭐가 있을까요? 양자역학의 대중강연에서는 그냥 휴대폰, 컴퓨터, 반도체, 이런 것에 양자역학이 들어가서 만들어 졌다고는 하지만, 너무 뭉뚱그려서 말하는 것 같아서, 별로 현실감이 없습니다. (반도체 제작 다큐 같은 걸 봐도, 작게 만들고, 집약 시킨 것만 강조를 하더군요.)
그 유명한, 이제는 원리가 아닌 정리가 되었다고는 하지만, 불확정성 원리가 바탕이 된, 우리 눈에 보이고, 구체적인 무언가로 구현된 것이 있을까요?
광전효과는 자동문에 사용된다고 하지요?
양자역학 강연에 지겹도록 나오는 이중슬릿, 겹실틈을 응용한 무언가가 있을까요?
중첩을 이용한 것이 양자 컴퓨터의 기본 원리라고 하고, 얽힘을 이용해서 양자 전송이니 양자 암호니 하더군요. 하지만 아직은 완성품이 아니지요.
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또 이미 10년 전에 143킬로미터 떨어진 곳으로 양자전송도 성공했습니다.
Ma, XS., Herbst, T., Scheidl, T. et al. Quantum teleportation over 143 kilometres using active feed-forward. Nature 489, 269–273 (2012). https://doi.org/10.1038/nature11472
저는 기술결정론에 비판적이며 또 기술혁신에 대해 그리 호의적인 편은 아니지만, 1947년에 논문으로 처음 등장한 점접촉 트랜지스터 반도체가 20년 뒤 세상을 완전히 뒤집어 놓을 만큼 큰 영향력을 미친 것은 사실이라 하겠습니다. 그렇다면 10여년 전부터 성공한 양자전송이나 이미 실용화된 양자키분배(양자암호) 기술이나 양자컴퓨터가 어떻게 세상을 바꾸어놓을지 사실 알 수 없다고 해야 할 것 같습니다.
급한 대로 몇 자만 적어 보려 합니다. 우선 상대성이론과 달리 물리학 이론으로서의 양자역학은 사실상 우리 생활 곳곳을 이미 장악하고 있습니다. 1940년대 말에 존 바딘, 월터 브래튼, 윌리엄 쇼클레이가 최초의 실용적인 반도체를 양자역학을 써서 처음 제안했을 때만 해도 이것이 세상을 이렇게 뒤집어놓을 줄은 몰랐습니다.
Point contact transistor
요즘 4차산업혁명이라는, 근거가 부족한 주장들이 여기저기서 (사실은 한국에서만) 나오고 있습니다만, 1960-70년대의 소위 3차산업혁명은 바로 이 반도체와 그를 기반으로 한 전자공학이 주도한 기술상의 엄청난 혁신이었습니다. 이를 흔히 극소전자공학 혁명(Microelectronics Revolution)이라 부릅니다. 구 소련에서는 이를 ‘과학기술혁명’이라 불렀습니다. 지금은 전기전자공학이라고 부르지만, 이런 일을 하는 사람들이 원래 다 양자역학을 가지고 입 다물고 계산하던 물리학자들이었습니다. 그래서 지금도 물리학과를 졸업하고 반도체 회사로 가는 경우에 대단히 많습니다. 컴퓨터, 레이저, 디지털 카메라, 형광등, LED, 텔레비전, 라디오, 이어폰/헤드폰, 마이크는 물론이고 전등스위치 하나에도 양자역학이 사용됩니다. 스마트폰의 액정도 양자역학 없이는 만들 수 없습니다. 컴퓨터가 켜질 떄 들어오는 붉은색(요즘은 파란색?) 등도 양자역학으로 만든 발광다이오드입니다.
21세기 도시의 생활에서 양자역학으로 만든 산물을 하루에 10여개 이상 만나지 않고 지나가는 날은 거의 없다고 말해도 그리 큰 과장이 아닐 겁니다.
Quantum Technology Used In Everyday Lives
겹실틈 실험은 양자역학을 자연철학적으로 탐구할 때 드러나는 가장 기본적인 개념구조를 보여주기 위한 것이지만, 양자얽힘은 이미 실용적인 단계에 있습니다. IBM과 구글이 서로 경쟁적으로 양자컴퓨터를 만들었고, IBM은 이를 일반인에게 오픈 액세스로 공개해 놓아서 누구나 쓸 수 있습니다.
https://en.m.wikipedia.org/wiki/IBM_Quantum_Experience
양자키분배(양자암호) 기술도 이미 실용적인 단계입니다. 한국의 SKT가 이 분야의 기술개발을 열심히 홍보하고 있습니다.
SK텔레콤 ‘양자암호기술’ 유럽표준으로 채택
상세한 설명에 감사드립니다. LED 는 열 없이 (나긴 한다더군요) 빛으로 전자 에너지를 방출합니다. 열 없이 빛나는 건 고전물리학에선 없던 사례이지요? 양자역학의 출발점인 흑체복사도 열이 나면서 빛이 나는 것이구요...
겹실틈을 이용한 획기적인 발명품 아이디어가 떠 올랐습니다 ^^ 불완전성 정리도 같이 응용할 수도 있을 것 같은데요~ 세미나 때에 좀 더 얘기해 보겠습니다. 개봉 박두 ~!!