[Aether 물리] #35 양자역학편 마지막 - 양자암호, 양자컴퓨팅


매장된 이더 물리에 대한 개인적 호기심 탐구 시리즈입니다.
아인슈타인의 상대성 이론, 소립자, 양자역학을 짚어보고, 궁극적으로 이더 물리를 파헤칩니다.

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양자역학편 마지막입니다. 마지막은 비교적 많이 알고 있는 양자얽힘과 양자컴퓨팅에 관한 내용입니다.

두개의 양자를 쌍으로 만들 수가 있는데, 이렇게 만든 두 입자는 얽힌 상태가 됩니다. 그야말로 얼마나 멀리 떨어져 있더라도 두 입자는 얽혀 있어서, 한 입자가 스핀을 바꾸면 다른 입자도 그 즉시 스핀을 바꾸게 되는 현상이 바로 양자 얽힘 현상입니다.

아인슈타인은 이를 유령과 같은 원격 작용이라 비난했지만, 실험적으로 이와 같은 현상이 수 차례 증명되었습니다. 정보가 전달되는 것이라면 빛보다 빠른 속도로 정보가 전달된 것입니다. 빛보다 빠른 것은 없다는 아인슈타인으로서는 말도 안되는 이야기겠죠.

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위 그림은 양자쌍을 이루는 광자 A, B가 있고, 멀리 떨어진 광자 X가 있는데, A가 X게 부딪쳐 양자쌍을 맺는 경우입니다. 이렇게 되면 광자 A, B, X가 양자쌍을 이루게 되고, 광자 X의 상태를 측정하면, 광자 A의 상태가 즉각적으로 정해집니다. 또 A와 얽힘 상태인 B도 즉각적으로 상태가 정해지는데, 결국 광자 X와 광자 B는 같은 상태가 됩니다.

쉽게 설명하면, 광자 B의 정보를 멀리 떨어진 광자 X에 즉각적으로 정보를 복사할 수 있게 되는 것입니다. 이론적으로 아래와 같이 다수의 정보를 즉각적으로 전송하는 것도 가능합니다.
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출처. https://m.post.naver.com/viewer/postView.nhn?volumeNo=16038698&memberNo=5814911

하지만, 양자쌍의 정보만 전달할 수 있지, 고양이를 구성하는 다른 많은 정보를 전달할 방법은 현재까지는 전파통신외에는 없습니다. 달까지라면 전파통신으로 1.3초 정도 걸려 해볼만 하지만, 수 십 광년 걸리는 곳은 현재 기술로는 불가능합니다.

아직까지 주류 물리학에서는 양자얽힘에 대한 분명한 답이 없습니다. 아인슈타인은 두 양자의 상태가 이미 정해져 있고, 한쪽을 측정하면 다른 쪽은 당연히 알 수 있다는 입장을 취했습니다. 즉 정보가 전달되는 것이 아니라 그냥 상태가 정해져 있고, 단지 상태에 대한 정보가 부족하다고 생각했죠. 하지만 양자역학에서는 상태가 정해져 있다고 보지 않습니다. 이후 이와 관련된 수 많은 실험이 진행되었고, 양자적 해석이 맞다는 결과가 나왔습니다.

양자얽힘에 대한 양자적 해석은 양자들은 멀리 떨어져 있어도 서로 연결되어 있다는 것입니다. 지역적이지 않고 비지역적이라는 의미로 비국소성을 가진다고 합니다. 국소적인 지역에 제한 받지 않고 지역적 제약을 넘어 연결되어 있다는 의미입니다.

양자얽힘의 원리는 불분명하지만 이현상을 이용하여 양자통신, 양자암호, 양자 텔레포테이션 기술등이 발전하고 있습니다.
양자심리학 #8 양자 컴퓨터와 순간이동

양자얽힘이 양자암호에 사용되는 것이 가장 활발하게 진행되고 있습니다.
양자얽힘에 따르면 양자 상태를 측정하는 방식에 따라 상대방의 값이 바뀝니다. 이와 같이 측정방식 순서를 서로 공유하면 서로 주고 받는 데이터를 확실히 보호할 수 있습니다. 중간에 해커가 일부 정보를 탈취하더라도 측정방식을 모르기때문에 이후에 오류가 발생할 수 밖에 없습니다.

더 중요한 사실은 해커가 중간에 정보를 가로채려고 하는 것까지 알아낼 수 있습니다. 암호키 생성에 필요한 수 보다 더 많은 양자쌍을 만들어서 일분 구간을 무작위로 선택해서 측정을 하면 됩니다. 만약 상관성이 완벽하지 않은 경우가 지나치게 많으면 해커가 암호 키를 가로채려고 한 사실이 밝혀지게 됩니다.

이 밖에 양자통신, 양자 컴퓨팅 등 미래 많은 분야에 활용될 것입니다.
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이로써, 양자역학편을 모두 마칩니다.
이제 비로서 본격적으로 이더 물리를 다뤄보겠습니다. 이더 물리를 다루면서 비주류 과학으로 치부되고 있는 부분도 재량껏 다뤄보려고 합니다.


참고

양자역학은 다음 책을 참고했습니다.

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