아인슈타인이 옳은지 실험으로 가릴 수 있을까?

그때 그곳

벨의 부등식은 실험 설계도였지만 실제로 하기는 어려웠습니다. 얽힌 광자 쌍을 충분히 많이 만들어야 하고, 각각을 놓치지 않고 세어야 했습니다.

1972년 클라우저와 프리드먼이 처음 시도했습니다. 결과는 양자역학 쪽이었습니다. 하지만 허점이 남았습니다.

왜 이 질문이었나

가장 곤란한 허점은 이런 것이었습니다.

두 검출기의 측정 방향이 실험 전에 정해져 있으면, 광원이 그 설정을 미리 '알고' 거기에 맞춰 광자를 내보냈을 가능성을 배제할 수 없습니다. 그렇다면 부등식이 깨져도 숨은 변수 쪽이 여전히 살아남습니다.

억지스러워 보이지만 논리적으로는 막아야 하는 구멍이었습니다.

아스페의 연구팀은 광자가 이미 광원을 떠난 뒤에 측정 방향을 바꾸기로 했습니다. 광자가 날아가는 도중, 나노초 단위로 작동하는 장치가 경로를 다른 검출기 쪽으로 틀었습니다. 광원이 미리 알 방법이 없어집니다. 알려면 신호가 빛보다 빨라야 하니까요.

알아낸 것

결과는 부등식을 확실히 넘었습니다. 통계적으로 의심의 여지가 없는 차이였습니다.

아인슈타인이 지키려던 두 조건 — 값이 미리 정해져 있고, 멀리 있는 것끼리 서로 영향을 주지 않는다 — 을 동시에 만족하는 세계는 아니었습니다. 둘 중 적어도 하나는 포기해야 합니다.

이후 남은 허점들도 하나씩 막혔습니다. 1998년 차일링거 팀은 검출기 사이 거리를 크게 늘렸고, 2015년에는 남은 허점들을 동시에 막은 실험이 여러 연구실에서 나왔습니다. 2022년 노벨 물리학상이 클라우저와 아스페, 차일링거에게 갔습니다.

그리고 얽힘은 논쟁거리에서 재료가 되었습니다. 양자암호와 양자컴퓨터가 바로 이 성질을 씁니다. 아인슈타인이 말이 안 된다고 여겨 반증의 근거로 삼았던 그 성질이, 지금은 장비의 작동 원리입니다.

이 카드에 나온 말

신호 불가결어긋남