국제 물리학 연구진은 입자 또는 파동을 거의 교란시키지 않고 그것들의 존재를 관측할 수 있는 새로운 디바이스를 제안하였다. 슈레딩거 모자라고 불리는 이 디바이스는 실험실에서 아직 제작되지는 못하였지만, 연구진은 그 디바이스가 언젠가 양자 정보 시스템을 위한 새로운 종류의 센서로써 사용될 수 있을 것으로 보고 있다. 양자 역학의 미시 세계에서, 전자의 위치와 같은 입자의 특성을 직접적으로 관측하는 것은 입자의 파동함수 붕괴를 야기시킨다. 이 결과 측정하고자 하는 입자는 측정으로 인해서 특성이 크게 변하게 된다.

1990년대 초기, 이스라엘 텔아비브 대학의 물리학자인 아브샬롬 엘리추(Avshalom Elitzur) 및 레브 바이드만(Lev Vaidman)은 그것들의 특성을 알기 위해 직접적으로 입자를 항상 관측할 필요는 없다고 지적하였다. 연구자들은 단일 포톤의 흡수에 의해서 폭발되도록 디자인된 폭탄더미를 상상하였다. 작동하지 않는 일부 폭탄에 대해서 포톤은 방해받지 않고 통과한다. 폭탄이 제대로 작동하는지를 알아보기 위해서는 포톤을 발사함으로써 체크할 수 있다. 그러나 폭탄이 실제로 작동한다면, 프로세스중에 파괴될 것이다. 폭탄을 파괴하지 않고 작동하는 폭탄을 제거하는 방법이 있을까?

그에 대한 대답은 그렇다고 이스라엘 연구진은 말하였다. 그들은 간섭계를 생각하였다. 이 디바이스를 통하여 포톤의 경로는 두개의 팔로 분리되고 일정한 거리에 떨어진 곳에 위치한 검출기에서만 재결합하게 된다. 작동하지 않는 폭탄은 포톤에 영향을 미치지 않을 것이다. 그리고 포톤은 두 개의 팔을 통과하여 검출기에서 간섭 패턴을 만들어 낼 것이다. 작동하는 폭탄은 반면에 포톤이 어떤 팔로 통과할지를 선택하도록 강요할 것이다. 포톤이 폭탄의 팔(bomb`s arm)을 선택하면, 폭탄은 기폭장치가 잡아당겨질 것이고 포톤이 빈 팔(empty arm)을 선택하면 그것은 검출기에 간섭없이 도달할 수 있을 것이다. 그러나 다른 팔이 봉쇄되었기 때문에, 간섭 패턴은 존재하지 않을 것이다. 이런 간섭 패턴의 부족은 그것을 폭발시키지 않고 작동하는 폭탄의 존재를 나타낼 것이다.

1994년 오스트리아, 인스브룩 대학의 안톤 자일링거(Anton Zeilinger)와 동료 연구진은 실제 실험에서 그와 같은 상호작용이 없는 측정이 실제로 가능하다는 것을 시연하였다. 그러나, 미국 시애틀에 위치한 와싱톤 대학의 수학자인 군터 울만(Gunther Uhlmann)은 투명 망토 과학의 도움으로 그와 같은 측정을 더 쉽게 할 수 있는 방법을 고안하였다. 2006년 처음 시연된, 투명 망토는 아인슈타인의 일반 상대성 이론 유추를 통하여 이해될 수 있다.

이 이론은 우주에 있는 매우 무거운 물체가 어떻게 시공간을 왜곡하는지를 보여준다. 이와 같은 방식으로, 메타물질이라고 알려진 인위적인 특정한 구조가 가상의 광학적 공간을 왜곡한다. 메타물질은 빛이 한 매질에서 다른 매질로 투과해 들어갈 때 어떠헤 휘는지를 지배하는 특성인 굴절률의 공간적 변화를 통해서 광학적 공간을 왜곡한다. 광학적 공간에서 구멍을 늘림으로써, 투명 망토는 작은 물체를 빛으로부터 차폐시킬 수 있으며, 광선은 마치 물체가 거기에 없는 것처럼 물체 주위를 부드럽게 돌아 지나갈 수 있게 되는 것이다.

그러나 실제로, 모든 빛이 투명 망토를 돌아서 지나가는 것은 아니다. 종종 작은 양의 누설이 발생한다. 망토의 내부가 입사되는 빛의 주파수와 동일한 공명 주파수를 가지면, 그 파의 에너지는 증가하고 국재화된 여기를 형성한다. 이런 여기는 마치 입자와 같이 행동하며 연구진은 이를 퀘스몬(quasmon)이라고 명명하였다. 퀘스몬은 망토의 공명주파수를 약간 변화시킴으로써 방출될 수 있다. 약한 자기장을 인가함으로써 이를 실행할 수 있다.

헬시키 대학의 마티 라사(Matti Lassas)는 연구진이 변경된 투명 망토를 슈레딩거의 모자라고 부른다고 말하였다. 그 이유는 파동함수의 미세한 부분이 마술사의 모자처럼 감쪽같이 저장되고 검출될 수 있기 때문이다. 그리고 파동의 나머지 부분은 거의 변하지 않을 것이다. 슈레딩거의 모자밖에서, 파동함수는 매우 작은 상수에 의해서 곱해진 파동함수일 것이라고 라사는 말하였다.

슈레딩거 모자의 포텐셜은 박스안의 전자의 예에서 볼 수 있다. 비록 전자의 파동함수는 박스를 통하여 퍼진다. 연구자는 그것이 0으로 떨어지는 영역의 위치를 추정할 수 있을 것이다. 연구자는 그와 같은 위치에서 슈레딩어 모자의 위치를 연구자는 전자가 특정한 상태가 되거나 센서의 존재를 알게 될 것에 대한 걱정없이, 슈레딩거 모자의 위치를 파악할 수 있을 것이다. 실험이 수차례 반복된다면, 연구자는 전자의 실제 위치에 대해서 알 수 있게 될 것이다.

이 연구에 참여하지 않은, 미국 매릴랜드 대학의 이고 스몰리아니노프(Igor Smolyaninov)는 그와 같은 측정을 흥미로운 제안이라고 말하였다. 많은 간섭없이 양자 파동함수를 측정하는 것은 기초 과학의 많은 분야에서 중요한 응용을 발견하게 할 것이며 특히 양자 컴퓨팅에 유용할 것이라고 덧붙였다. 그는 그러나 슈레딩거 모자는 매우 좁은 영역에서 크게 변하는 특성을 필요로 할 것이기 때문에 제작하기에 어려울 것이라고 덧붙였다.

영국 세인트 앤드류스(St Andrews) 대학의 울프 레온하트(Ulf Leonhardt)는 마이크로파에 대해서 작동하는 디바이스는 회로보드 물질(circuit-board material)로 만들어질 수 있을 것이라고 말하였다. 플라즈몬에 대한 디바이스는 금속과 플라스틱 링으로 만들어질 수 있다. 그는 슈레딩거 모자는 음파에 대해서도 개발될 수 있어서 사용자가 그것을 간섭하지 않고 소리를 엿들을 수 있게 해줄 것이라고 말하였다.

첨부그림: 이 그림은 슈레딩거 모자에 충돌하는 물질파를 보여준다. 디바이스 안의 파장의 세기는 증폭되었다(적색 피크). 외부에서, 입사하는 평면파는 디바이스를 감싸고 디바이스가 마치 거기에 존재하지 않는 것처럼 다른쪽에서 재결합한다.