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양자역학 실험 결과는 항상 이론의 예측과 일치하지만, 양자론이 예측한 결과가 실제로 일어나는 것이 왜 지금도 뉴스가 되는 것일까요?

양자얽힘을 통해, (현재 존재하는, 측정할 수 있는) 2개의 광자가 연결될 수 있다는 것은 아시는 분이 많을 것입니다. 그런데 한 광자가 사라진 이후에 탄생한 광자가 사라진 광자와 양자적으로 얽힐 수 있다는 것이 실험으로 확인되었습니다. 

고원용

http://mirian.kisti.re.kr/gtb_trend/pop_gtb_v.jsp?record_no=233588&site_code=SS1020










내세에서 온 광자
KISTI 미리안『글로벌동향브리핑』 2012-10-11





아인슈타인은 조롱하듯이 그것을 ‘원격 환영작용(spooky action at a distance)’이라고 불렀다. 그것이란 서로 얼마나 멀리 떨어져 있는지에 관계없이 양자 입자들은 서로에게 영향을 미칠 수 있다는 연구 결과를 말한다. 한 번도 공존한 적이 없었던 한 쌍의 광자들을 얽히게 만들어 그러한 생각을 시간으로까지 확장시킨 새 실험에서, 우리는 그의 공포를 그저 상상할 수만 있을 뿐이다. 이번 실험은 양자론의 당황스런 영향력의 범위를 확장할 뿐만 아니라, 장거리 암호법도 향상시킬 것으로 기대되고 있다.

이 현상의 핵심에는 얽힘이 있다. 얽힘 상태에서 두 개체의 양자상태는 연결된다. 공간적으로 멀리 떨어져 있는 입자들에게 미치는 얽힘의 영향은 아인슈타인조차 쩔쩔매게 만들었지만, 일은 작년에 더욱 이상하게 꼬였다. 독일 에를랑겐-뉘른베르크대(University of Erlangen-Nuremberg)의 호아킴 폰 잔티에(Joachim von Zanthier)와 동료들이 동일한 시간에 한 번도 존재한 적이 없는 입자들에 대해서 얽힘이 작용할 수 있다는 것을 이론적으로 입증했기 때문이었다.

그런데 이번에 바로 그 실험을 이스라엘 예루살렘히브루대(Hebrew University of Jerusalem)의 하가이 아이젠베르크(Hagai Eisenberg)와 동료들이 얽힘 교환(entanglement swap)이라는 과정을 통해서 수행했다. 만약 두 쌍의 얽힌 광자들이 있다고 할 때, 각각의 쌍으로부터 하나씩의 광자를 가지고서 그 둘을 얽히게 만들면, 원래의 두 쌍들은 얽힘 관계에서 벗어나고 남겨진 두 광자 사이에 새로운 두 번째 얽힘이 만들어진다. 아이젠베르크 연구팀은 이러한 교환을 이용함으로써 한 광자를 더 이상 존재하지 않는 광자와 얽히게 만들었다. 그들은 광자1과 광자2로 얽힌 쌍을 만든 뒤, 광자1의 양자상태를 측정하여 그 입자를 파괴했다. 하지만 광자2는 대략 100나노초 뒤에도 계속 생존했으며, 연구팀은 광자3과 광자4로 구성된 새로운 얽힌 쌍을 만들었다.

광자2를 새로 만든 광자3과 얽히게 만들자, 광자1이 ‘죽은’ 상태였음에도 불구하고 광자4 또한 광자1과 얽혔다. 광자4의 상태를 측정함으로써 광자4가 광자1과 얽혔다는 것을 연구팀은 발견했다. 광자4의 상태는 광자1, 2, 3에 대해 측정된 상태들에 의존한다. “얽힘이라는 아이디어 없이는 이것을 설명할 수가 없다. 아직 태어나지 않은 미래의 광자는 이미 죽은 광자에 의해서 큰 영향을 받는다”고 폰 잔티에(von Zanthier)는 말했다. 그는 최근 실험에는 참여하지 않았다.

이번 결과는 암호문에 쓰이는 비밀키를 전송하기 위해 얽힌 광자들을 이용하는 양자 암호법을 발전시킬 수 있을 것이다. 얽힘이 이러한 과정을 안전하게 만드는 이유는 만약 광자가 가로채어지면, 그 광자의 짝이 그런 상황을 기록함으로써 그 키를 폐기시킬 수 있기 때문이다. 얽힘 교환을 이용하면 이런 과정을 엄청난 거리에 걸쳐서 수행할 수 있다. 런던에서 얽힌 쌍 1과 2를 만든다. 광자2는 파리로 보내지고, 거기서 광자3과 4라는 또 다른 쌍과 얽힘 교환이 일어난다. 광자4는 이제 여전히 런던에 있는 광자1과 얽히며 베를린으로 전송될 수 있다. 이제는 어떠한 광자도 전달되지 않았음에도, 런던과 베를린 사이에 양자통신이 가능해진다. 얽힘 교환을 더 많이 수행하면 이 과정은 베이징에까지 확장될 수도 있다. 그러나 현재, 런던은 그러한 체인이 완성될 때까지 자신의 광자를 계속 유지하고 있어야 할 것이며, 전체 거리가 증가함에 따라서 그렇게 하기는 점점 더 힘들어진다.

이번 새 실험은 베이징의 광자가 존재하기도 전에 런던이 자신의 광자를 측정할 수 있다는 것을 보여준다. “런던은 이미 작업에 착수할 수 있다. 근사하다”고 막스플랑크 양자광학연구소의 요하네스 코플러(Johannes Kofler)는 말했다.

* 관련문헌 : arxiv.org/abs/1209.4191v1











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출처 : http://www.newscientist.com/article/mg21628854.900-photon-reaches-from-beyond-the-grave-in-quantum-trick.html
Time entanglement

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    이병록 2012.10.27 21:42
    이런 과학지식이 없었음에도
    동양 철학과 종교에서
    시공을 초월한다는 개념이 존재했었죠...
  • ?
    임석희 2012.10.27 21:42
    어쩐지... ^^

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