일 도쿄대연구팀, 양자컴퓨터 가능케할 핵심기술 개발

http://v.media.daum.net/v/20170104150748175
서로 떨어져 있는 2개의 양자 사이에 정보가 순간적으로 전달되는 ‘양자텔레포테이션’

순간이동이라고 하면 사람들은 스타트렉과 같이 사람이 한 공간에서 다른 공간으로 순간적으로 이동하는 기술을 떠올립니다. 순간이동이란 말을 영어로 하면 텔레포테이션(Teleportation)이 되겠네요.

[스타트렉의 텔레포테이션]

과학적으로 물체를 한 곳에서 다른 곳으로 순간적으로 이동시키는 것이 가능한지는 아직 모르지만 현재의 기술수준에서도 텔레포테이션이 가능합니다. 단, 물체가 이동하는 것이 아니라 정보가 이동하는 방식으로요.

위에 기사를 보면 양자텔레포테이션 기술로 양자 컴퓨터의 상용화가 20년 후에 가능하다고 합니다. 양자 컴퓨터는 현재 우리가 사용하고 있는 트랜지스터 기반이 아니라 양자적 정보를 주고 받는 컴퓨터를 말합니다.

양자역학에 관심있으신 분들은 양자 컴퓨터나 양자텔레포테이션에 대해서 알고 있을 것입니다. 양자텔레포이션의 기반되는 것이 양자얽힘이란 현상입니다.

양자얽힘 현상이란 것은 원자보다도 작은 미립자 두 개가 서로 얽혀 있어서 거리가 얼마나 멀리 떨어져 있어도 한 녀석의 정보가 바뀌면 다른 녀석도 즉각적으로 정보가 바뀌는 것을 말합니다.

이것은 아인슈타인의 ‘빛 보다 빠르게 이동하는 것은 없다’는 상대성 이론에 위배됩니다. 그러나 실제 이런 현상이 발생하고, 아인슈타인은 이것을 “유령 같은 원격작용”이라고 묘사했습니다.

양자얽힘은 "유령같은 원격작용"이다.

제일 위에 언급한 기사의 특이한 점은 얽혀 있는 양자쌍을 만드는 것이 어려웠는데 동경대팀이 무제한으로 양자쌍을 만들어내는 기술을 개발했다는 것입니다.

이렇게 무수한 양자들을 얽힌 상태로 만들고 한쪽의 양자들의 특성(스핀방향)을 바꾸면 멀리 떨어져 있는 양자들의 특성도 동시에 바뀔 수가 있게 됩니다. 이 말은 무수히 많은 정보를 아무리 먼 곳이라도 순식간에 전달할 수 있다는 말이 됩니다. 결국 양자텔레포테이션이 가능하게 됩니다.

과학자들은 스타트렉과 같이 물질의 순간이동보다는 보다 실현가능한 기술을 꿈꾸고 있습니다. 예를 들면, 지구에 있는 사람 정보를 원격지인 화성에 있는 로봇에 즉각적으로 전송하여 로봇이 마치 ‘아바타’처럼 행동하도록 말입니다. 이런 기술 개발은 그리 멀지 않은 미래에 실현될 것으로 보여집니다.

이 기술은 어떻게 구현될까요? 정보가 전달되려면 매개체가 필요합니다. 소리를 예를 들면 공기가 그 매개체가 되어 입에서 나온 음파가 공기에 실려서 전달되어 사람의 귀에 수신됩니다. 음파는 공기중에서 잔달될 때 약 343m/s의 속도를 가집니다. 양자얽힘 현상은 정보가 무한대의 속도로 전달된다는 의미로 여겨집니다. 실제 무한대의 속도를 가지는 것은 상상할 수가 없지만 실험을 통해서 그것이 증명되었습니다.

http://nownews.seoul.co.kr/news/newsView.php?id=20151022601012

아인슈타인이 틀렸다!…’양자 얽힘’ 실험으로 증명 (네이처)

양자얽힘 현상은 관측되고 있지만 이것을 설명할 이론은 아직 완벽하지 않습니다. 최신 이론 물리학에서는 ‘초끈이론(Superstring theory)’라는 것으로 설명하려고 하고 있습니다.

양자얽힘 현상은 일반인의 생각으로는 도저히 불가능해 보입니다. 정보가 무한대의 속도로 전달된다니요? 이게 말이 됩니까? 하지만 과학자들은 어떻게서라도 이 현상을 설명할 이론을 찾기에 골몰하고 있습니다.

이 현상과 관련하여 제가 느끼는 것은 물질차원의 차이에 의한 현상이라고 생각합니다. 즉 3차원에서는 두 개의 양자가 별개로 보이지만 3차원을 넘어서는 차원에서는 별개가 아니라 서로 연관되어있던지 같은 양자의 다른 부분일 수 있다는 것입니다.

아래 그림처럼 한 마리의 물고기를 관찰하는 위치에 따라 다르게 보이고, 물고기가 움직이면 두 개의 화면은 즉시 바뀌게 됩니다.

이처럼 얽혀 있는 양자들은 개별적, 독립적인 것이 아니라 하나의 각 부분이라는 생각이 듭니다. 사실 이렇게 주장하는 사람들은 우리 우주가 하나의 홀로그램이라고 생각하고 있습니다.

홀로그램 이론에 대해서는 다음 토픽에서 상세히 다루겠습니다.

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