.Three photons at once beat the standard photon test
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.Three photons at once beat the standard photon test
메모 2608_181458,190441_소스1.재해석【()】
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***중요한 소식.
1.)오늘은 매우 중요한 가설을 찾아냈다. 나의 sample1.2.3. qpeoms.unit이 광자 보손의 폴디랙 field? 그러면 msbase, sample4.msoss는 광자들의 에너지=질량? 어허. 2608190441.43.
그리고 ai와의 질의문답으로 암흑에너지 eqpms가 암흑물질 qqp입자? 만들어내는 별개의 연관성도..
2.)그런데 답변말미에 꼭 더궁금한 게 있냐고 하는데..영 기분이 ...찝찝. ai는 더설명을 하고 싶은데 요약 답변으로 줄이는 게 불만인듯..
하지만 피차 간략한 것이 질의답변을 생각하며 이여가는데 자연두뇌에게는 필수일듯... 기계식 데이타분석 두뇌 ai에게 궁금한 것들은 그때그때 구글검색하듯 나의 퍼즐을 풀기위해 다시 묻는거고??? 됐고!!! 으음. 0447.
3.)내가 추측한 msbase.msoss.eqs.qpeoms 우주는 너무 크고 깊어서 기존 지식기반의 검색분석만하는 ai에게 너무 부담스런 질의들이 많아서 쉽고 내가 모르는 과학지식들을 묻는거다.
ㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡ
소스1.본론.
1.
_세 개의 광자가 동시에 표준 광자 테스트를 통과합니다.
_트벤테 대학교 물리학자들이 빛 입자의 품질을 측정하는 표준 검사법을 개선했습니다. 기존의 두 개 광자가 아닌 세 개의 광자가 동시에 간섭하도록 함으로써, 측정에서 더 많은 정보를 얻을 수 있었습니다.
_이 실험은 잡음이 전혀 없는 완벽한 기존 방법보다 더 뛰어난 성능을 보였습니다. 이 연구 결과는 Physical Review Letters 에 게재되었습니다 .
1-2.
(*a1._빛을 기반으로 하는 양자 기술은 관련된 광자들이 최대한 동일할 때만 작동합니다. 하지만 실제로는 광자들이 완전히 동일한 경우는 없습니다.
_따라서 연구실에서는 광자들의 일치도를 미리 측정합니다. 1987년부터 홍-오우-만델 실험을 통해 이 작업을 수행해 왔는데, 이 실험에서는 두 개의 광자가 빔 분할기에서 만납니다.
_두 광자가 구별할 수 없을 정도로 동일하면 항상 함께 분할기를 빠져나갑니다.)
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【(*a1. 나는 msbase을 통해 입구 k에서 출구 nk2로 빠져나가는 수많은 경로들을 알고 있다. 그중에 하나를 택하여 임의 배열이 앞뒤 ab를 ba경로로 바꿔도 같아지는 것을 알 수 있다.
^^^문제는 이론이 아니라 실제 상황이면 주변상황에 민감한 경로가 장애요소 발생, 중력따위 탓으로 실제상황은 piphed.cpls(*) 자연속성의 원리가 아닌 한 충분히 왜곡될 수도 있다.1506.
1-3.
_"홍-오우-만델 실험은 양자 광학에서 가장 먼저 접하게 되는 실험 중 하나입니다."라고 이번 연구의 제1 저자인 스테판 반 덴 호벤 박사 과정생은 말합니다. "또한 양자 연구자들이 자신의 실험에 사용하는 첫 번째 기준점이기도 합니다."
2.동일한 측정에서 얻은 추가 정보
_광자 양자 컴퓨터를 만드는 사람은 한 쌍의 광자가 아니라 수백 쌍의 광자를 검사해야 합니다.
_기존 방식은 한 번에 두 개의 광자만 비교하기 때문에 10개의 광자가 있다면 이미 45쌍의 광자를 검사해야 합니다.
2-1.
_게다가 단 한 번의 측정으로는 절대 답을 얻을 수 없습니다. 양자 실험은 한 번에 하나의 결과만 도출하며, 수천 번의 반복을 거쳐야만 각 결과가 얼마나 자주 발생하는지 알 수 있습니다. 이 분포를 통해 광자들이 얼마나 유사한지 알 수 있습니다.
2-2.
_트벤테 연구진은 첫 번째 빔 분할기 뒤에 두 번째 빔 분할기를 설치하여 세 번째 광자가 합류할 수 있도록 했습니다.
_이 추가 장치는 광자 양자 기술의 핵심 원리인 광자 간 간섭을 이용합니다. 따라서 각 측정은 광자의 일치 정도에 대한 더 많은 정보를 제공합니다. 동일한 정밀도를 얻기 위해 필요한 반복 횟수가 약 5분의 1로 줄어듭니다.
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【(*)한개의 광자의 간섭실험에서 두개의 간섭이 나타난다. 그러면 두 간섭을 같은 무늬를 가질까?
1.) 여러 개의 광자가 있다. 동일한가?
#1.###여러 개의 광자가 있다. 동일한가? 1개의 광자의 간섭실험에서 두 간섭 무늬는 동일한가?
<<<<모든 물리적 상태가 같은 여러 개의 광자는 완벽하게 동일한(구별할 수 없는) 입자입니다. 또한 1개의 광자가 참여하는 간섭 실험에서 광자는 오직 자기 자신과만 간섭하므로 [디랙의 양자역학 원리], 누적되는 간섭 무늬의 성질은 근본적으로 같습니다.
1. 여러 개의 광자는 동일한가?
동일한 조건: 진동수(에너지), 편광, 진행 방향 등 모든 양자 상태가 같은 광자들은 서로 구별할 수 없는 보손(Boson)입니다.
다른 조건: 에너지가 다르거나 색상(파장)이 다른 광자들은 서로 다른 상태이므로 동일하지 않습니다.
결론: 같은 상태에서 만들어진 광자들은 우주에 존재하는 모든 동일한 입자들과 마찬가지로 개별 성질의 차이가 없습니다.
2. 1개의 광자 간섭 실험과 간섭 무늬
자기 자신과의 간섭: 물리학자 폴 디랙은 "광자는 오직 자기 자신과만 간섭한다"고 말했습니다. 두 개의 서로 다른 광자가 만나서 간섭하는 것이 아닙니다.
중첩 상태: 1개의 광자는 이중 슬릿을 지날 때 '왼쪽 슬릿을 지난 상태'와 '오른쪽 슬릿을 지난 상태'가 중첩(Superposition)되어 두 경로 모두를 동시에 지나는 것처럼 행동합니다.
무늬의 형성: 이 두 경로의 확률 파동이 서로 간섭을 일으켜 스크린의 특정 위치에 도달할 확률을 바꿉니다. 광자 1개를 쏘면 스크린의 한 점에 부딪히지만, 이 실험을 수없이 반복하면 결국 동일한 간섭 무늬(밝고 어두운 줄무늬)가 완성됩니다.
>>>>
2-3.
_이것이 최적의 배열임을 입증하기 위해 연구진은 정보 과학에서 사용되는 피셔 정보 행렬을 활용했습니다. 이 행렬은 측정값이 미지의 양에 대해 얼마나 많은 정보를 제공하는지를 나타내는 척도입니다.
_세 개의 광자를 사용할 경우, 이들의 설계는 최적임이 입증되었습니다. 네 개 또는 다섯 개의 광자로 확장할 수도 있지만, 그 경우에도 여전히 최적의 선택인지는 아직 알려지지 않았습니다.
3.절대 질 수 없는 도박
_대부분의 이론적인 양자 역학적 이점은 실제로는 사라집니다. 잡음 때문에 입자가 도중에 손실될 수 있기 때문입니다. 세 개의 광자를 사용할 경우, 그 위험은 두 개를 사용할 때보다 더 큽니다. 하지만 이 실험에서는 상황이 다릅니다.
실험에서 광자 하나가 손실되더라도 두 개가 남게 되므로, 장치가 자동으로 익숙한 두 광자 측정 결과를 제공합니다. 두 가지 테스트는 나란히 진행됩니다. 반 덴 호벤은 "그러니 이것은 절대 실패할 수 없는 도박입니다."라고 말했습니다.
현재로서는 이 방법이 양자 광학 연구실에 가장 중요합니다. 장기적으로는 대규모 광자 양자 컴퓨터의 보정 단계 또는 내장 테스트 모듈로 활용될 수 있을 것입니다.
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#2.###(*y.광자의 질량이 만약에 1kg이 된다면) 광자의 에너지 값은 무엇에 비유되나?
<<<광자 1개의 질량이 1kg이 된다면 그 에너지 값은 아인슈타인의 질량-에너지 동등성 공식E=mc^2에 따라 TNT 약 21.5 메가톤(Mt)의 폭발력에 비유할 수 있습니다.
에너지 계산과 비교
에너지 양: 약 9 × 10^16줄(J)의 엄청난 에너지를 가집니다.
폭발력 비유: 히로시마에 떨어졌던 원자폭탄(약 15킬로톤)의 1,400배 이상이며, 거대한 대형 수소폭탄의 위력과 맞먹습니다.
전력 소비 비유: 전 세계가 수 시간 또는 하루 동안 사용하는 총 에너지 소비량과 비슷한 수준입니다.
^^^^내가 만약에 광자 1그램짜리, msbase.photon 폭탄이라도 만들면 미중러북한 핵무기는 애들이 가지고 노는 폭죽 정도 아닐까 싶네!!! 허허. 2608190511.12.
그리고 광자 에너지 우주로켓 엔진은 광자에너지 0.⁰00000000001g이면 은하간 외계로 광속 질주할수도..어허. 0516.
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【(*y.)나는 드디어 msbase은 은하의 제1가설을 제2가설로 넘어갈 확실한 싯점을 찾아냈다. 2608190331.
1.)qpeoms가 '폴 디랙'의 광자의 명제인 광자의 간섭은 자신뿐'이라면 qpeome=photon일 때 그 중첩인 msbase는 광자들의 미세한 질량의 합으로 이뤄진 photon.energy(*)가 된다.
2.)qpeoms.photon.k=1kg일 때 msbase의 광자 에너지는 9 × 10^16줄(J), msbase4_photon.nk2(nk2)=16x9×10^16J이다.
이는 대형수소폭탄 16개가 터지는 위력??초기 우주에 msbase4. 핵폭발이 qpeoms.photon_field(*)으로 인하여 발생된 에너지 값을 가진듯 하다. 으음. 2608190343.
3.)나의 가설을 msbase4.power로 생겨났으리라는 base가설1.으로 인하여 base 가설2.는 빅뱅사건이 photon.energy bigbang(*) 이라는 추측1. 가능해진다. 어허. 08190347.
#a1.###빅뱅사건은 광자의 에너지 폭발로도 추정될 수 있나?
<<<<빅뱅은 공간 속에서 일어난 단순한 에너지 폭발이 아니라, 시공간 자체가 급격하게 팽창한 사건입니다.
빅뱅과 광자 및 에너지의 관계
폭발이 아닌 팽창: '빅뱅'이라는 이름과 달리, 우주는 한 점에서 화약처럼 터져 나간 것이 아닙니다. 공간과 시간 자체가 생성되어 커진 것입니다.
에너지와 물질의 전환: 초기 우주는 엄청나게 뜨겁고 밀도가 높은 고에너지 상태였으며, 이 에너지가 소립자와 물질로 전환되는 과정이 일어났습니다.
광자의 역할: 초기 우주에서는 빛의 입자인 광자를 비롯한 가벼운 입자들이 끊임없이 생성되고 소멸하며 뜨거운 복사 에너지를 채우고 있었습니다. 이후 우주가 팽창하고 냉각되면서 이 복사 에너지가 퍼져나간 것이 현재의 우주 마이크로파 배경 복사로 관측됩니다.
초기 우주의 초고온 복사(광자) 상태와 에너지 전환은 우주 진화 설명의 중요한 부분이지만, 사건 자체를 한정된 광자의 '폭발'로 보기는 어렵습니다.
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#a3.###빅뱅사건은 광자 질량 100억톤 정도의 에너지로 만들어낸 시공간 확장이라고 가정될 수 있나?
<<<<<아니요, 빅뱅 사건은 광자 질량(에너지 등가) 100억 톤 정도의 에너지로 만들어진 시공간 확장이라고 가정할 수 없습니다.
에너지 규모의 차이
관측 가능한 우주: 현재 우리가 관측할 수 있는 우주에 존재하는 물질과 에너지의 총질량은 약 10^53,10^54kg에 이릅니다.
100억 톤의 환산: 100억 톤은 약 10^13kg으로, 지구 전체 질량6×10^24kg의 십조 분의 일 수준에 불과한 매우 작은 양입니다.
부족한 에너지: 아인슈타인의 질량-에너지 등가 공식E=mc^2을 적용하더라도, 100억 톤 분량의 에너지는 현재의 광대한 우주와 급격한 시공간 팽창(인플레이션)을 일으키기에는 터무니없이 부족합니다.
빛과 초기 우주
광자의 질량: 빛을 이루는 광자는 정지 질량이 0이며, 에너지를 지니고 전파될 뿐입니다.
초기 상태: 빅뱅 초기 우주는 상상할 수 없을 만큼 높은 온도와 초고밀도 상태였으며, 이때 존재했던 전체 에너지 총량은 100억 톤 단위와 비교할 수 없을 정도로 막대했습니다.
#a4.###광자는 보손이면 다른 보손들은 몇종류나 되나?
<<<현대 물리학의 표준 모형 기준으로 광자 외에 기본 보손은 총 12가지(개별 입자 종류 기준)가 존재합니다.
기본 보손의 종류와 분류
보손은 정수 스핀을 가지며 힘을 전달하거나 질량을 부여하는 입자입니다. 기본 보손은 크게 게이지 보손과 힉스 보손으로 나뉩니다.
게이지 보손 (총 11종): 힘을 매개하는 입자입니다.
글루온 (Gluon): 강한 상호작용을 매개하며, 색전하 조합에 따라 8종류가 있습니다.
W 보손 W^+, W^-: 약한 상호작용을 매개하며, 서로 다른 전하를 가진 2종류가 있습니다.
Z 보손 Z^0: 약한 상호작용을 매개하는 중성 입자 1종류가 있습니다.
힉스 보손 (1종): 입자에 질량을 부여하는 스칼라 보손 1종류가 있습니다.
여기에 빛을 매개하는 광자(1종)까지 포함하면 표준 모형의 기본 보손은 총 13개(종류로는 5가지 분류)입니다. (이외에 중력을 매개할 것으로 추정되는 가상의 '중력자'가 있으나 아직 표준 모형에 포함되지는 않았습니다.)
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#a5.###게이지 보손중에 빅뱅에 관여된 보손이 있다면 그힘은 광자 보손에 몇배인가?
<<<<빅뱅 초기(우주 탄생 직후)에는 4가지 기본 힘(강력, 약력, 전자기력, 중력)이 모두 하나로 통합되어 있었으며, 모든 게이지 보손(광자, 글루온, W/Z 보손)들이 우주의 진화와 대폭발 과정에 깊이 관여했습니다.
전자기력을 매개하는 광자(Photon)의 힘의 세기를 기준(약10^2또는 1)으로 삼을 때, 다른 게이지 보손들이 매개하는 힘의 상대적인 세기 비율은 다음과 같습니다:
글루온 (강력 매개): 광자(전자기력)에 비해 약 100배(10^2배) 더 강합니다. (강력의 세기를 1로 두면 전자기력이 약10^-2 수준입니다.
W/Z 보손 (약력 매개): 광자(전자기력)에 비해 저에너지 영역에서 약 10^-11배(100조 분의 1 수준)로 훨씬 약합니다. (단, 빅뱅 초기처럼 초고온·고에너지 환경에서는 전자기력과 약력이 '전자기약력'으로 통합되어 세기가 비슷해졌습니다.)
중력자 (중력 매개 - 이론상 게이지 보손): 광자에 비해 약 10^-38배로 가장 약합니다.
요약하자면:
빅뱅에 관여한 대표적인 게이지 보손 중 쿼크를 묶어 초기 원자핵 생성의 기반을 닦은 글루온(강력)은 광자보다 약 100배 강하며, 입자의 붕괴와 변화에 관여한 W/Z 보손(약력)은 평상시기 기준으로 광자보다 훨씬 약한 세기를 가집니다.
#a6.###초기우주에 통합된 힘은 에너지와 질량을 어떻게 발생 시켰나?
<<<<초기 우주에서 하나의 통합된 힘(초통합력)은 우주의 급격한 팽창과 냉각, 그리고 '상전이(Phase Transition)' 과정을 통해 에너지와 질량을 발생시켰습니다.
에너지의 발생과 초기 우주
대폭발과 순수한 에너지: 우주 탄생 초기에는 모든 기본 힘이 하나로 통합된 극도로 뜨겁고 밀집된 상태였습니다.
공간과 에너지의 전환: 양자 요동과 급팽창(인플레이션) 과정을 거치며 진공의 에너지가 폭발적으로 해제되었고, 이 과정에서 시공간과 막대한 양의 순수한 에너지가 생성되었습니다.
질량의 발생 (대칭성의 깨짐)
우주의 냉각과 상전이: 우주가 팽창하며 온도가 낮아짐에 따라 통합되었던 힘들이 분리되는 '상전이'가 일어났습니다.
대칭성의 자발적 깨짐: 힘이 분리되는 각 단계마다 대칭성이 깨지면서 힉스 장(Higgs Field) 같은 스칼라장이 진공 기대값을 갖게 되었습니다.
소립자의 질량 획득: 이 대칭성의 깨짐 현상을 통해 쿼크와 렙톤 같은 기본 소립자들은 힉스 장과 상호작용하며 고유한 질량을 얻게 되었습니다.
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#a7.###우주의 시공간을 밀어낸 힘은 결정적으로 중력인가? 통합된 힘인가? 빅뱅은 통합된 힘의 폭발? 왜 폭발? 힘들이 네조각으로 쪼개졌나?
<<<<우주의 시공간을 밀어내는 힘은 중력이 아니라 암흑에너지이며, 초기 우주에는 하나의 통합된 힘이 존재하다가 우주가 식으면서 네 가지 힘으로 쪼개졌습니다.
1. 우주를 밀어내는 힘: 중력인가, 통합된 힘인가?
중력이 아닙니다: 일반적인 중력은 물질을 서로 끌어당기는 힘입니다.
암흑에너지입니다: 현재 우주를 가속 팽창시키는(밀어내는) 주인공은 암흑에너지입니다.
현재 암흑에너지는 통합된 힘이 아니라, 진공 자체의 에너지처럼 작동하는 독자적인 성질로 여겨집니다.
2. 빅뱅은 통합된 힘의 폭발인가? 왜 폭발이라 부르나?
폭발이 아닙니다: 빅뱅은 우주 공간 '안'에서 일어난 폭발이 아닙니다. 공간 자체의 급격한 팽창입니다.
초기 상태: 아주 뜨겁고 작은 한 점(특이점)에 네 가지 힘이 하나로 합쳐진 통합된 힘(초대칭 힘)이 존재했습니다.
왜 폭발처럼 보이나: 초기 극초기(약 10^-35초 전후)에 공간이 엄청나게 빠른 속도로 부풀어 올랐기 때문에, 비유적으로 '빅뱅(대폭발)'이라는 이름이 붙었습니다.
3. 힘들이 네 조각으로 쪼개졌는가?
그렇습니다 (대칭성 붕괴): 우주가 팽창하고 온도가 낮아지면서, 하나의 통합된 힘이 차례대로 분리되었습니다. 이를 물리학에서는 대칭성 붕괴라고 부릅니다.
쪼개진 네 가지 힘:
중력: 가장 먼저 분리된 끌어당기는 힘입니다.
강력: 원자핵을 붙들어 매는 힘입니다.
전자기력과 약력: 나중에 전약력이 분리되면서 각각 전자기력과 약력이 되었습니다.
현재 자연계에는 이 네 가지 기본 힘(중력, 전자기력, 강력, 약력)만 남아 작용하고 있습니다.
이 내용 중 더 궁금한 점이 있다면 알려주세요:
대칭성 붕괴가 일어난 구체적인 시간 순서
암흑에너지가 우주를 팽창시키는 원리
인플레이션(급팽창) 이론과 빅뱅의 차이 등등??
^^^됐고..궁금한 것들은 내 퍼즐 msbase.msoss.qpeoms을 풀기 위함일뿐..현재 과학은 어떤 생각들을 하는지 늘 궁금했다.2608190426.28.
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#a8.###빅뱅 사건을 기준으로 보면 암흑에너지가 암흑물질을 만들었나? 그 암흑에너지의 기원을 어떻게 생각하나?
<<<<암흑에너지가 암흑물질을 만들었다는 증거는 없으며, (*두 현상은 우주에서 서로 다른 역할을 합니다. )
【(*)혹시 암흑에너지 eqpms와 암흑물질? qqp? 서로 역할이 다른 것은 sample2.에 나타난다. 으음. 08190436.
】
_암흑에너지가 암흑물질을 만들었나?
인과관계 없음: 현대 우주론에서 암흑에너지가 암흑물질을 생성했다고 보지 않습니다.
역할의 차이: 암흑물질은 중력으로 물질을 모으는 역할을 하고, 암흑에너지는 우주를 팽창시키는 반중력 역할을 합니다.
작용 시기: 암흑에너지는 우주가 한참 팽창한 뒤(빅뱅 후 약 40억 년 이후부터 영향이 큼) 지배적이기 시작했으므로 초기 암흑물질의 탄생 원인이 아닙니다.
암흑에너지의 기원
공간의 성질: 과학계에서는 암흑에너지를 '빈 공간(진공) 자체가 가진 고유의 에너지'로 추정합니다.
우주 상수: 아인슈타인의 일반상대성이론에서 도입한 '우주 상수' 개념과 가장 잘 맞습니다.
미해결 과제: 양자역학으로 계산한 진공 에너지 값과 실제 관측된 암흑에너지 값 사이에 엄청난 차이가 있어, 그 정확한 기원은 아직 현대 물리학의 최대 미스터리입니다.
만약 관심이 있으시다면:
람다-콜드 암흑물질(ΛCDM) 모델에 대해 더 자세히 설명해 드릴까요?
아니면 최근 암흑에너지 변화 관측 연구에 대해 알아볼까요?
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#b1###광자 보손이 이중 슬릿실험에서 나타난 왼쪽 오른쪽 파장의 패턴은 같은가?
<<<<<광자 이중 슬릿 실험에서 나타나는 왼쪽과 오른쪽의 간섭 패턴은 완벽하게 대칭적이며 같습니다.
패턴이 같은 이유대칭적인 실험 조건: 두 슬릿의 크기와 모양, 간격이 동일하므로 광자가 통과할 때의 조건이 좌우 똑같습니다.
보강과 상쇄 간섭: 광자가 파동처럼 퍼져 나가면서 양쪽으로 도달할 때, 경로 차이에 의한 보강 간섭(밝은 줄무늬)과 상쇄 간섭(어두운 줄무늬)의 위치가 중앙을 기준으로 좌우 대칭을 이룹니다.
확률 분포: 양자역학에서 광자가 스크린에 부딪히는 확률 분포 역시 중앙 축을 기준으로 좌우가 똑같이 나타납니다.
#b2.###양자 컴퓨팅에 사용되는 광자들의 수는 대략 어느 정도인가?
<<<<<광자 기반 양자 컴퓨팅에서 한 번에 제어하거나 검출하는 광자의 수는 연산 방식과 실험 규모에 따라 수개에서 수백 개 수준입니다. [1, 2]
(빛을 기반으로 하는 양자 기술은 관련된 광자들이 최대한 동일할 때만 작동합니다. 하지만 실제로는 광자들이 완전히 동일한 경우는 없습니다.)
연구 및 상용화 사례별 광자 수소형/칩 단위 실험: 국내 한국전자통신연구원(ETRI) 등의 연구에서는 세계 최초로 8개의 광자를 생성 및 제어하는 큐비트 칩 시스템을 개발해 실험하고 있습니다.
양자 우위(Quantum Advantage) 실험: 캐나다의 Xanadu가 개발한 광자 양자 프로세서 '보레알리스(Borealis)'는 가우시안 보손 샘플링(Gaussian Boson Sampling)
연산 시 최대 219개(평균 125개)의 광자를 검출하여 연산 성능을 입증했습니다. 중국의 주이자오(Jiuzhang) 시스템 역시 유사한 방식으로 100개가 넘는 광자 검출 이벤트를 기록했습니다. [1, 2, 3]
확장 및 오류 정정 단계: 상용화와 대규모 오류 정정(Fault-tolerant)을 목표로 하는 차세대 아키텍처에서는 수만 개 이상의 물리적 모드와 광자쌍 생성 소자를 네트워크 형태로 엮는 연구가 진행 중입니다.
ㅡㅡㅡㅡㅡㅡ
#b3.####
광자 기반 양자 컴퓨팅에서 한 번에 제어하거나 검출하는 광자의 수는 연산 방식과 실험 규모에 따라 수개에서 수백 개 수준이라 한다.
(빛을 기반으로 하는 양자 기술은 관련된 광자들이 최대한 동일할 때만 작동합니다. 하지만 실제로는 광자들이 완전히 동일한 경우는 없습니다.)
<<<<<<
광자 간의 미세한 불일치는 광자 기반 양자 컴퓨터의 규모를 키우는 데 큰 걸림돌입니다.
광자가 완벽히 같지 않은 이유
미세한 차이: 광자를 만들어낼 때 시간, 파장, 방향 등이 미세하게 다르게 만들어집니다.
간섭의 실패: 광자들은 서로 만나 성질이 완전히 똑같아야만 간섭(Interference)하며 연산을 수행합니다.
구별 가능성: 차이가 조금이라도 있으면 광자들이 서로를 구별할 수 있게 되어 양자 상태가 깨집니다.
이를 극복하는 방법
고순도 광자 소스: 성질이 최대한 일치하는 광자를 반복해서 만드는 기술을 연구합니다.
다중화 기술: 여러 개의 광자 중 상태가 가장 좋은 것만 골라서 다음 단계로 보냅니다.
양자 오류 정정: 광자가 사라지거나 틀어져도 계산을 바로잡는 알고리즘을 사용합니다.
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#b5.###암흑광자가 존재한다면 블랙홀 별을 설명할 수 있나?
<<<<<암흑광자(Dark Photon)가 존재한다면 일반 물질과 상호작용하는 방식을 통해 암흑물질이 별이나 행성 내부에서 에너지를 흡수하고 축적되는 메커니즘을 일부 설명할 수 있지만,
블랙홀 별(Dark Star 또는 Black Hole Star) 전체를 명확히 규명하는 주류 이론으로 확립되지는 않았습니다.
암흑광자와 별의 진화
암흑광자는 전자기력의 암흑 부문 매개체입니다.
일반 광자와 약하게 상호작용할 수 있습니다.
암흑물질이 천체 내부에 쌓이는 통로가 됩니다.
블랙홀 별과의 연관성
초기 우주의 밀도가 높은 천체에 암흑물질이 집중될 수 있습니다.
중심부 밀도 증가로 국소적인 붕괴가 일어납니다.
미니 블랙홀 형성을 설명하는 가설로 다뤄집니다.
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#b6.####암흑 광자 때문에 중성미자의 감지가 어려운 게 아닌가?
<<<<중성미자의 감지가 어려운 이유는 암흑 광자 때문이 아니라, 전하가 없고 약한 상호작용(Weak Interaction)만 하기 때문입니다.
중성미자 감지가 어려운 진짜 이유
전하가 없음: 전기장을 띠지 않아 일반적인 전자기력과 반응하지 않습니다.
약한 상호작용: 표준모형에서 약력(Weak nuclear force)과 중력으로만 상호작용하므로 물질을 그냥 통과해 버립니다.
유령 입자: 이 때문에 수많은 중성미자가 지구를 통과해도 물질과 부딪칠 확률이 극도로 낮아 관측이 매우 어렵습니다.
암흑 광자와의 관계
암흑 광자(Dark Photon): 일반 광자와 달리 암흑물질끼리 상호작용하게 만드는 가상의 입자입니다.
관련성 없음: 암흑 광자는 표준모형의 중성미자 감지 난이도와 직접적인 관련이 없습니다. 중성미자의 성질에 대해서는 나무위키 중성미자 문서에서 자세히 확인할 수 있습니다.
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#b7.####두개의 광자가 동일할 수 없는 이유로 양자 얽힘 빛의 이중성 때문일수도 있나?
<<<<<광자는 보손(Boson) 입자기 때문에 두 광자가 완전히 동일한 양자 상태를 가질 수 있습니다. 따라서 "두 광자가 동일할 수 없다"는 전제는 과학적 사실과 다릅니다.
빛의 이중성이나 양자 얽힘은 광자가 동일해지는 것을 막는 원인이 아닙니다. 관련 개념들을 정리해 드립니다.
1. 광자는 왜 동일할 수 있는가? (보손과 페르미온)
보손 (Boson): 광자(빛의 입자)나 글루온 같은 입자들입니다. 이들은 파울리 배타 원리를 따르지 않습니다.
동일한 상태 공유: 여러 개의 광자가 정확히 같은 에너지, 같은 방향, 같은 편광 상태를 동시에 가질 수 있습니다. 레이저(Laser) 빛이 대표적으로 수많은 동일한 광자들로 이루어진 상태입니다.
반대의 경우 (페르미온): 전자나 양성자 같은 물질을 이루는 입자들은 페르미온(Fermion)이며, 파울리 배타 원리에 의해 두 개의 동일한 전자가 같은 양자 상태를 차지할 수 없습니다.
2. 빛의 이중성과 양자 얽힘의 역할
빛의 이중성: 빛이 파동의 성질(간섭, 회절)과 입자의 성질(광전효과)을 동시에 보이는 현상입니다. 이는 개별 광자가 가지는 본질적인 특성일 뿐, 광자끼리 서로 동일할 수 없게 제한하는 힘이 아닙니다.
양자 얽힘 (Quantum Entanglement): 두 개 이상의 입자가 서로 강하게 연결되어, 한쪽의 상태를 측정하면 다른 쪽의 상태가 즉시 결정되는 현상입니다.
얽혀 있는 두 광자는 서로 반대되는 편광 등의 특성을 가질 수 있지만, 이는 상태가 '상관관계'를 이루는 것이지 광자라는 입자 자체가 동일한 상태를 가질 수 없음을 의미하지는 않습니다.
오히려 동일한 출처에서 만들어진 두 얽힌 광자는 성질이 구별 불가능할 정도로 동일한 상태에서 시작되기도 합니다.
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#b8.###광자는 왜 동일할 수 있는가? 보손이기 때문이겠지만 광자를 사용하는 양자 컴퓨팅에서는 동일해질 수 없는 여건들로 2개이상의 광자를 제어하여 양자 컴퓨터를 만든다는 게 넌센스 아닌가?
<<<<<광자는 본질적으로 구별할 수 없는 동일한 보손이지만, 실험 환경에서 주파수나 경로 등의 조건이 미세하게 틀어지면 구별될 수 있기 때문에
광자 양자 컴퓨터는 극도로 정밀한 광자 제어 기술과 고순도 단일 광자원을 활용해 이 문제를 극복합니다.
이는 넌센스가 아니라, 현대 물리학이 해결해야 할 도전이자 핵심 엔지니어링 기술입니다.
광자가 동일할 수 있는 이유 (보손의 성질)
본질적 동일성: 우주에 존재하는 모든 광자는 질량, 전하, 스핀 등 고유 속성이 완전히 같은 보손(Boson)입니다.
양자 상태 공유: 보손은 여러 개가 같은 양자 상태를 동시에 차지할 수 있습니다.
양자 간섭: 두 광자가 완전히 동일한 상태로 빔 스플리터(Beam Splitter)에 들어가면, 서로 얽히며 한쪽 방향으로 함께 튀어나오는 홍-오-만델(HOM) 효과가 일어납니다. 양자 컴퓨터는 이 성질을 연산에 씁니다.
실험에서 광자가 달라지는 이유 (구별 가능성 발생)
실험실에서 만들어진 광자는 완벽히 똑같지 않을 수 있습니다.
생성 시점의 차이: 광자가 만들어진 시간이 미세하게 다르면 시간적 폭(Temporal profile)이 달라집니다.
주파수와 파장: 에너지(색깔)나 편광 방향이 조금이라도 어긋날 수 있습니다.
진행 경로: 광자가 지나온 공간적 경로의 차이로 인해 위상이 변할 수 있습니다.
결과: 광자가 구별 가능해지면 양자 간섭이 깨지고 일반 빛처럼 행동하여 연산 오류가 납니다.
광자 양자 컴퓨터가 넌센스가 아닌 이유
연구자들은 광자가 달라질 수 있는 여건을 기술적으로 통제하여 양자 컴퓨터를 만듭니다.
고순도 단일 광자원: 인공 아톰이나 양자점(Quantum Dot)을 써서 시기와 성질이 거의 쌍둥이처럼 일치하는 광자를 생성합니다.
필터링과 공진기: 주파수와 편광을 완벽하게 맞추기 위해 초정밀 광학 필터를 통과시킵니다.
능동적 제어: 위상 변조기(Phase Modulator)를 이용해 광자가 날아오는 시간과 위상을 실시간으로 보정합니다.
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#b9.###심우주 100억 광년 이상을 관측하는 전자기파의 파장은?
심우주 100억 광년 이상을 관측할 때 주로 사용하는 전자기파는 적외선이며, 파장은 750nm(나노미터)보다 긴 영역부터 수 마이크로미터(\(\mu m\)) 대역까지 사용됩니다.
적외선을 사용하는 이유
우주 팽창과 적색편이: 100억 광년 이상 먼 과거의 은하에서 출발한 빛은 우주가 팽창하면서 파장이 길어집니다.
원래 가시광선이나 자외선이었던 빛도 지구에 도달할 때쯤이면 파장이 늘어나 적외선 영역으로 관측됩니다.
제임스 웹 우주망원경(JWST) 같은 대표적인 심우주 관측 장비가 이 파장을 활용해 최초의 별과 은하를 찾습니다.
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####심우주 100억 광년 이상을 관측할 때 주로 사용하는 전자기파는 적외선이며, 파장은 수 마이크로미터파 대역까지 사용된다 하였다. 이곳에서 광자의 수는 대략 몇개인가?
<<<
100억 광년 이상 떨어진 심우주에서 도달하는 광자의 수는 관측 대상인 천체의 밝기나 망원경의 조건에 따라 달라지므로 정해진 하나의 값으로 특정할 수 없습니다.
변동 요인
천체의 광도: 은하나 별마다 방출하는 총 에너지와 밝기가 다릅니다.
망원경의 크기: 빛을 모으는 망원경의 구경(면적)에 따라 받아들이는 광자 수가 달라집니다.
관측 시간(노출 시간): 전자기파를 수집하는 시간에 비례해 광자의 총 누적 수가 늘어납니다.
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#b10.###마이크로미터파 대역은 보통 광자수가 정해져 있지 않나?
<<<맞습니다. 일반적인 마이크로파 대역의 전자기파는 광자 수가 고정되어 있지 않고 불확정적입니다.
마이크로파와 광자 수의 특징
코히어런트 상태 (Coherent State): 안테나나 신호 발생기가 만드는 일상적인 마이크로파는 광자 수가 딱 정해지지 않은 코히어런트 상태입니다.
이 상태에서는 광자의 개수가 평균값을 중심으로 통계적 변동(포아송 분포)을 가집니다.
불확정 원리: 양자역학적으로 전자기파의 위상(Phase)과 광자 수(Photon number)는 상호 불확정 관계에 있습니다. 위상이 선명하게 정의된 고전적인 파동 형태일수록 광자 수는 정확히 알 수 없게 됩니다.
광자 수가 정해진 상태 (Fock state): 광자 개수가 정확히 정해진 상태를 '포크 상태' 또는 '개수 상태'라고 부릅니다. 하지만 이는 자연적으로 존재하지 않으며,
극저온 초전도 공진기나 특수한 양자 광학 실험실 환경에서만 인공적으로 만들 수 있습니다.
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#b11.###
1개의 광자(photon)가 가지는 전자기파의 길이는
<<<<<고정되어 있지 않으며, 그 광자의 에너지나 진동수(파장)에 따라 결정됩니다.
광자의 파장과 에너지
파장(\(\lambda \)): 빛(광자)은 파동과 입자의 성질을 동시에 가집니다. 하나의 광자가 가지는 파장은 감마선처럼 아주 짧은 것부터(피코미터 이하) 라디오파처럼 아주 긴 것까지(수천 미터 이상) 다양합니다.
에너지 관계식: 광자 1개의 에너지는 \(E = h \times f = h \times c / \lambda\) (여기서 \(h\)는 플랑크 상수, \(c\)는 빛의 속도, \(\lambda \)는 파장)입니다. 파장이 짧을수록 에너지가 큽니다.
공간적 크기: 파장 자체는 빛의 진동 특성을 나타내며, 광자 자체가 공간에서 차지하는 '물리적 크기'나 파동의 길이(가루의 길이)가 단 하나의 파장으로만 이루어진 것은 아닙니다.
실험적으로 광자의 파동성은 넓은 공간에 퍼져 있을 수 있지만, 상호작용(측정)은 한 점에서 국소적으로 일어납니다.
#b12.###광자가 보손인데 파장과 에너지가 다른 이유는?
<<<<광자의 에너지가 파장에 따라 다른 이유는 플랑크-아인슈타인 관계식에 따라 에너지가 진동수(\(\nu \))에 비례하고 파장(\(\lambda \))에 반비례하기 때문입니다.
보손과 에너지·파장의 관계
보손(Boson)은 스핀이 정수(0, 1, 2 등)인 입자 통계 분류를 뜻할 뿐, 모든 보손이 동일한 에너지를 갖는다는 의미는 아닙니다.
광자는 스핀이 1인 게이지 보손이지만, 생성되는 과정이나 진동수(\(\nu \))에 따라 각기 다른 운동량과 에너지를 가집니다.
파장과 에너지의 비례 관계
광자의 에너지 식: \(E = h\nu = \frac{hc}{\lambda}\) (\(h\)는 플랑크 상수, \(c\)는 빛의 속력)
반비례 성질: (*1.진공에서 빛의 속력은 항상 일정하므로, 파장이 짧을수록 진동수가 높아지고 에너지도 커집니다.)
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【(*1. msbase 내부는 원래 ems는 진공상태로 보인다. 그런데 질량이 다른 nk들로 인하여 무거운 질량은 진동수가 높고 에너지도 따라서 높아졌을 것이다. 이들을 빛의 색깔로도 나타날 것이다.
_예시: 파장이 긴 적외선이나 붉은색 빛은 에너지가 낮고, 파장이 짧은 자외선이나 보라색·감마선은 에너지가 훨씬 높습니다.
】 08181537.38.
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#b13.###진공속에서 1킬로 전자기파를 보낸다면 1초에 몇광년 가나? +2 진공 중에서 전자기파(빛)는 1초 동안 약 \(3.17 \times 10^{-8}\) 광년(약 0.0000000317광년)을 이동합니다.
핵심 내용전자기파의 속도: 전자기파는 파장이 1km이든 아니든 상관없이 진공 속에서 항상 일정한 속력(광속, 초속 약 30만 km)으로 움직입니다.
파장이나 종류는 진공에서의 속도에 영향을 주지 않습니다.1초 동안 이동하는 거리: 빛이 1초 동안 가는 거리를 천문학에서는 1광초라고 부르며, 약 299,792 km입니다.
광년으로 환산하기: 1광년은 빛이 1년(약 3,155만 초) 동안 가는 거리입니다. 따라서 1초 동안 간 거리를 1년 동안 간 거리로 나누면 약 \(0.0000000317\) 광년이 나옵니다.
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#b14.###전파망원경이 수신하는 심우주 신호 데이타들은 실제로 지구로 부터 얼마나 떨어진 곳에 도착한 신호들인가?
전파망원경이 수신하는 심우주 신호는 가까운 태양계 외곽부터 수십억 광년 떨어진 우주 끝까지 아주 다양한 거리에서 날아옵니다.
거리별 신호의 출처
태양계 외곽 (수십 광시 거리)
보이저 1호와 2호: 지구에서 약 20~23광시(Light-hours) 떨어진 곳에 있습니다. 빛의 속도로 하루가 안 걸리는 거리입니다. 이 탐사선들이 보내는 약한 전파 신호를 지구의 전파망원경이 수신합니다.
우리 은하 내부 (수백 ~ 수만 광년 거리)
펄서(중성자별)와 초신성 잔해: 지구에서 수백에서 수만 광년 떨어진 우리 은하 안의 별들이 보낸 신호입니다. 별이 죽을 때 내뿜거나 회전하면서 내는 전파를 잡습니다.
은하계 밖 (수백만 ~ 수십억 광년 거리)
퀘이사(준항성체)와 외계 은하: 우리 은하를 벗어나 수백만, 수십억 광년 떨어진 우주 저편에서 온 신호입니다.
고속 전파 폭발(FRB): 우주 먼 곳에서 아주 짧은 순간 동안 엄청난 에너지를 내뿜는 신호로, 수십억 광년 떨어진 곳에서 오기도 합니다. [1, 2]
제임스 웹 우주망원경(JWST)이 포착한 초기 우주 심우주 신호 데이터들은 빛이 이동한 시간(광행거리) 기준으로 약 131억~135억 년을 날아와 지구(및 망원경)에 도착한 신호들입니다.
현재까지 공식 확인된 가장 먼 은하인 JADES-GS-z14-0의 경우, 빅뱅 이후 불과 2억 9,000만 년밖에 지나지 않은 시점에 방출되어 무려 135억 년 동안 우주 공간을 가로질러 온 빛입니다. [1, 2, 3, 4]
하지만 현대 우주론에서 이 천체들의 ‘실제 현재 거리’를 이야기할 때는 우주가 그동안 계속 팽창했다는 사실을 고려해야 합니다.
1. 빛이 걸어온 시간 vs 고유 거리(현재의 실제 거리)
빛이 이동한 거리 (광행거리): 약 135억 광년. (빛이 135억 년 동안 날아왔음을 의미)
현재의 실제 거리 (고유거리): 약 330억 광년 이상. (빛이 지구를 향해 날아오는 동안에도 우주 공간 자체가 풍선처럼 계속 부풀었기 때문에, 그 빛을 보낸 은하는 현재 지구로부터 훨씬 더 멀어져 있습니다.) [1, 2, 3]
2. 제임스 웹이 포착한 주요 심우주 데이터의 거리 기록
제임스 웹의 핵심 성과인 초기 우주 은하들의 관측 스펙트럼 데이터와 도달 거리는 다음과 같이 요약할 수 있습니다. [1]
최고 먼 은하 (JADES-GS-z14-0): 빅뱅 후 2억 9,000만 년 시점의 은하로, 적색편이(\(z\)) 값은 14.32에 달합니다. 이 신호는 135억 년 이상을 날아와 도달했습니다.
첫 심우주 이미지 (SMACS 0723 내부 천체들): 2022년 처음 공개된 Webb's First Deep Field 속 배경 은하들 중 일부는 131억 년 전에 방출된 신호임이 분광 장비(NIRSpec)를 통해 확인되었습니다.
초기 우주의 가시광선·자외선 신호는 우주 팽창으로 인해 파장이 15배 이상 늘어난 근적외선 대역으로 지구에 도착합니다.
제임스 웹은 바로 이 극도로 미약해진 적외선 신호를 포착하도록 설계되었기 때문에 이토록 까마득한 과거의 빛을 선명하게 맞이할 수 있었습니다.
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#b15.###제임스 웹이 접한 초기우주 심우주 신호 데이터들은 실제로 지구로 부터 얼마나 떨어진 곳에 도착한 신호들인가? 라그랑주 주변의 신호들 아닌가?
<<<<질문하신 의도를 정확히 파악했습니다. 망원경 자체가 ‘우주 공간 어디에 서서’ 그 신호를 받아내고 있는가에 대한 질문이시군요.
맞습니다. 제임스 웹 우주망원경(JWST)은 지구 표면이나 지구 바로 옆이 아니라, 지구에서 약 150만 km 떨어진 ‘라그랑주 점(L2)’ 주변 궤도에 머물며 그 신호들을 직접 맞이하고 있습니다.
우주적 스케일과 인간적 스케일의 두 가지 관점에서 정확한 도달 위치를 나누어 정리해 드립니다.
1. 인간의 기준: 지구에서 150만 km 떨어진 L2 구역
제임스 웹은 지구 주위를 도는 허블 망원경과 달리, 태양-지구의 중력이 균형을 이루는 제2 라그랑주 점(L2)에 위치해 있습니다.
구체적인 위치: 지구에서 태양 반대 방향으로 약 150만 km (달까지 거리의 약 4배) 떨어진 곳입니다.
도착지: 까마득한 우주 과거(135억 광년 밖)에서 날아온 적외선 신호는 정확히 이 라그랑주 L2 주변을 돌고 있는 제임스 웹의 6.5m짜리 황금 주경(반사경)에 부딪혀 데이터로 변환됩니다.
그 후 전파를 통해 지구의 통신 안테나로 최종 전송됩니다.
2. 우주적 기준: 150만 km는 ‘동일한 지점’
우주론적 관점에서 135억 광년(광행거리)이라는 거대한 거리와 비교하면, 지구와 라그랑주 점 사이의 150만 km는 거의 제로(0)에 가까운 극미한 차이입니다.
비유하자면: 태평양을 건너 수만 킬로미터를 날아온 철새가 부산항 부두에 내려앉았느냐, 아니면 부두 앞바다 배 위에 내려앉았느냐 정도의 미미한 차이입니다.
따라서 천문학에서 "지구에 도착한 신호"라고 표현할 때는, 지구-달-라그랑주 점을 아우르는 ‘우리 태양계의 지구 근방 구역’에 마침내 당도했다는 뜻으로 통용됩니다.
결론적으로, 질문하신 말씀대로 신호가 물리적으로 최초 닿는 장소는 라그랑주 L2 구역에 있는 제임스 웹 망원경의 거울이 맞습니다.
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【(*)난파선에 구조를 요청하는 이는 자신의 위치 어떻게 알까? 무전기나 스마트폰이면 알수 있을거다.
제임스웹이 난파선 위로 가정하면 스마트폰 역할을 하는 기존의 이론들이 위치정보를 줄듯한다지만, 우주를 아직도 잘 알지 못하면 그 위치정보는 신뢰하기 어렵다.
나는 msbase내부의 임의 위치에서 방향을 어떻게 알아낼지 늘 궁금하다. 하지만 magisum값을 알고 고정상수를 알면 제대로 길을 찾아낼 수 있다. 방정식 구하는 것과 유사하다.
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