양자세계의 또 다른 비밀이 밝혀지다
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양자세계의 또 다른 비밀이 밝혀지다
  • 대학지성 In & Out 기자
  • 승인 2021.05.25 16:00
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- 양자세계의 성질에 대한 고전적 확률의 명확한 의존성 규명
한양대 권영헌 교수와 하동훈 박사후 연구원

한국연구재단(이사장 노정혜)은 권영헌 교수(한양대학교 에리카캠퍼스) 연구팀이 양자세계의 또 다른 비밀을 발견했다고 밝혔다.

눈에 보이는 거시세계와 달리 양자세계에서만 나타나는 현상들은 양자암호나 양자컴퓨터 등의 힌트가 될 수 있는데 그에 대한 이해를 도울 것으로 기대된다. 

두 사람에게 준비된 물리계의 상태를 구별하는 상황은 여러 장의 카드 중 한 장의 카드를 뽑아 뒤집어 놓고 두 사람이 협력하여 그 카드의 종류를 맞추는 놀이에 비유될 수 있다. 

거시세계에서는 두 사람이 한 장소에 모여 맞추든 또는 떨어진 장소에서 전화로 이야기하면서 맞추든 성공할 확률이 같다.

하지만 양자세계에서는 한 장소에 모여 맞출 때의 성공확률이 더 높아지는 특별한 상황(얽힘 없는 비국소성)이 발생할 수 있다. 

이러한 특별한 상황은 준비되는 물리계의 상태에만 의존하여 나타난다고 알려져 있었으나 연구팀은 반드시 그렇지만은 않다는 사실을 밝혀냈다. 

물리계를 어떤 고전적 확률로 준비하느냐에 따라 특별한 상황(얽힘 없는 비국소성)이 나타날지 결정할 수 있다는 것이다. 

각 종류의 카드들을 어떤 비율로 섞느냐에 따라, 양자세계의 성질(얽힘없는 비국소성)이 달라진다는 것이다. 

고전적 선택이 양자정보적 성질에 영향을 끼칠 수 있음을 처음으로 보여준 것이다. 이는 양자상태를 이용하는 양자통신 등에 고전적 정보의 선택에 따라 정보전달의 효율성이나 보안성 등이 좌우될 수 있다는 실마리를 제공한다.

기존에는 특별한 상황(얽힘없는 비국소성)을 제공하는 양자상태들을 다른 확률로 준비하는 연구기법이 없었지만, 연구팀은 특별한 상황(얽힘없는 비국소성)을 제공하는 새로운 양자상태들을 고안하였다.
 
나아가 연구팀은 새로운 양자상태들을 임의의 확률로 준비하고 이를 분석하는 기법을 고안해냈다. 

특별한 상황(얽힘없는 비국소성)에 대한 고전적 확률의 의존성을 분석할 수 있도록 하는 새로운 양자상태들을 준비해낸 데 따른 것이다. 

예를 들어 새로운 양자상태들을 A, B, C의 세 가지 카드라고 할 때 B와 C 카드는 600장으로 고정되어 있다고 가정한다. 이때 A카드의 개수가 342장인지, 343장인지에 따라 특별한 상황(얽힘 없는 비국소성)이 결정된다. 

전체카드에서 A카드의 미세한 비율의 차이(여기서는 단지 1장의 차이)로 인해 양자세계의 성질이 달라진다는 것이다. 

교육부와 한국연구재단이 추진하는 기본연구지원사업과 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 양자컴퓨팅기술개발사업의 지원으로 수행된 이 연구의 결과는 양자정보 분야 국제학술지 `엔피제이 퀀텀 인포메이션(npj Quantum Information)’에 5월 25일(온라인)게재되었다. 

 


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