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소리도 양자역학을 따른다? 인류 최초로 '소리의 양자 도약'을 실시간 관측하다

빗방울 2026.10.30 19:11 4분 읽기 조회 16 · 추천 2

초인종이 울리면 소리는 서서히 잦아듭니다. 우리에겐 당연하죠. 그런데 이번에 스탠퍼드 대학 연구진이 소리조차 가장 작은 단위에서는 '계단식으로 뚝뚝 끊기며' 사라진다는 것을, 그것도 인류 최초로 실시간 직접 관측하는 데 성공했습니다. Science 저널 게재 (ScienceDaily 2026.9.22 보도)

phonon_vibration.png

빛에는 광자, 소리에는 '포논'

빛의 최소 단위가 광자(photon)이듯, 소리·진동의 최소 단위는 포논(phonon)입니다. 포논은 입자가 아니라 수많은 원자가 함께 만드는 '진동의 덩어리'지만, 양자역학 세계에서는 에너지가 연속적이지 않고 이 포논 단위로 끊어집니다. 종이 울릴 때 잦아드는 게 아니라, 포논 하나가 통째로 사라지는 거죠.

그동안 왜 관측 못 했나?

양자 도약(quantum jump)은 1900년대 초 이론으로 존재했고, 1986년 이온에서, 2007년 광자에서 관측됐습니다. 그런데 소리는 마지막 관문이었어요. 문제는 두 가지. 첫째, 진동을 측정하려고 하면 그 자체가 진동을 망가뜨린다는 것(측정 문제). 둘째, 미세한 진동이 너무 빨리 사라진다는 것.

phonon_device.jpg

해결책: 초장수명 '미세 음叉' + 초전도 큐비트

연구진이 만든 기계 공진기는 칩 제조 기술로 만든 일종의 극소 현미경 음叉(소리굽쇠)입니다. 이 장치는 2밀리초 동안 진동을 유지하는데, 같은 비율로 확대하면 일반 크기의 소리굽쇠가 몇 시간 동안 울리는 것과 맞먹는 성능입니다. 그 덕분에 수백 번의 측정이 가능했죠.

그리고 초전도 큐비트를 진동 공진기에 연결해 '방해하지 않는 관측자'로 삼았습니다. 큐비트가 2밀리초 동안 반복적으로 상태를 확인하면서, 포논이 에너지 1에서 0으로 도약하는 바로 그 순간을 포착한 겁니다.

이게 왜 중요한가요?

연구진은 이것이 소리 기반 양자 기술의 출발선이라고 말합니다. 양자컴퓨터의 가장 큰 적은 오류인데, 많은 시스템에서 오류가 양자 도약으로 나타납니다. 소리의 도약을 실시간 감시할 수 있게 되면 양자 오류 수정에 강력한 도구가 되는 거죠. 또 칼텍과 협력해 세포 안의 단백질 하나하나를 감지하는 초정밀 센서로 발전시키는 것을 연구 중입니다. 스마트폰 등 소리를 쓰는 전자기기가 근본적으로 좋아질 가능성도 열렸습니다.

한 줄 정리

소리라는 가장 익숙한 현상조차 가장 작은 스케일에서는 양자역학을 따릅니다. 그리고 이제 우리는 그 계단식 도약을 실시간으로 볼 수 있게 됐습니다.

다음엔 뭘 관측할까요? 여러분이 양자역학에서 가장 신기하다고 느끼는 건 뭔가요? 댓글로 알려주세요!

참고 자료

  • ScienceDaily — For the first time, scientists watch sound jump between quantum states (2026.9.22): https://www.sciencedaily.com/releases/2026/09/260921081054.htm

이미지 출처 및 라이선스

  • 이미지 1: 'Phonon k 3k' 격자 진동 도해 — Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0
  • 이미지 2: 'Phonon Laser Device' 실물 사진 — Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0

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