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네덜란드 델프트공과대학(Delft University of Technology)과 미국 노스웨스턴 대학(Northwestern University)의 연구진은 양자 역학에 의해서 허용되는 가장 약한 무선 신호를 들을 수 있는 새로운 양자 회로를 만들었다. 이 새로운 양자 회로는 전파 천문학과 의학(MRI) 분야에서 새로운 길을 열어줄 수 있을 것이다. 또한 양자 역학과 중력 간의 상호 작용을 밝힐 수 있는 실험을 할 수 있게 할 것이다.약한 무선 신호는 우리를 짜증나게 만든다. 예를 들어, 가장 좋아하는 노래가 나올 때 소음으로 인해서 제대로 듣지 못할 때와 무선 라우터와 너무 멀리 떨어져 있어서 이메일을 확인하지 못할 때가 있다. 이것을 해결하는 일반적인 방법은 다른 라디오 방송국을 선택하거나 라이터 신호가 더 잘 나오는 쪽으로 이동하는 것이다. 그러나 우리가 더 잘 경청할 수 있다면 어떨까?약한 무선 신호는 좋아하는 라디오 신호를 받으려는 사람과 자기 공명 영상 스캐너를 작동하려는 의료인과 우주 망원경을 사용하는 과학자들에게 큰 문제가 된다. 이번 연구진은 양자 역학 이론에 의해서 허용되는 가장 약한 신호인 광자 또는 양자의 검출을 시연했다.양자 역학은 에너지가 양자라고 불리는 작은 덩어리 속에 들어 있다고 규정한다. 이것을 풀어쓰면 다음과 같다. 만약에 그네를 타는 아이의 속도를 높이고 싶으면, 고전 물리학 이론의 경우는 그네를 미는 사람이 더 빠른 속도로 아이를 밀면 된다. 그러나 양자역학은 한 번에 한 개의 양자 단계로 단지 아이의 에너지를 증가시킬 수 있다고 말한다. 에너지를 주입하는 양을 절반으로 낮추는 것은 불가능하다.이번 연구진은 매우 작은 무선 주파수 신호를 감지할 수 있는 회로를 개발했는데, 이것은 양자 수준에서 전파를 감지할 수 있게 할 것이다.이 연구는 양자 역학이 다음 단계로 넘어가는데 도움을 줄 것이다. 양자 전자기학 이론은 거의 100년 전에 발표되었지만, 아직까지 많은 부분이 해결되지 못하고 있다. 그래서 양자 역학과 중력을 혼합시켰을 때 발생하는 일들을 실험적으로 확인해야 하는데, 이번 연구결과는 이것을 가능하게 할 것이다. 이것이 성공한다면, 시공 자체의 양자 중첩을 만들 수 있는지를 조사할 수 있을 것이다.이 연구결과는 저널 Science에 “Observation and stabilization of photonic Fock states in a hot radio-frequency resonator” 라는 제목으로 게재되었다(DOI: 10.1126/science.aaw3101). |
