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과학자들이 마침내 데이터를 텔레포트시키는 방법을 발견해냈다.
지난달 29일(현지시간) 미국 뉴욕타임스 보도에 따르면 네덜란드 델프트공과대학 카블리 나노과학연구소 연구진이 3m 떨어진 2개의 양자비트 사이에서 신뢰할 수 있는 텔레포트를 가능하게 했다고 미국 사이언스지 최신호에 발표했다.
뉴욕타임스는 “네덜란드 과학자들이 알버트 아인슈타인이 ‘멀리서 일어나는 으스스한 행동’이라고 언급한 가장 유명한 실수를 반증하는 데 한 걸음 나아갔다”고 말했다. 이 실수는 얽힌 상태에 있는 양자들이 공간의 제약 없이 서로 영향을 준다는 양자역학에서 제안되고 있는 ‘비국지성’(Nonlocality)이란 성질을 말한다.
연구진이 시행한 양자의 순간이동은 사람이나 사물을 이동시키는 ‘스타트렉’ 방식을 말하는 것은 아니다. 이른바 ‘양자정보’(이 경우, 전자의 스핀 상태를 말함)를 이 정보가 포함된 물리적 물질의 이동 없이 해당 위치에서 다른 위치로 이동하는 것이다.
컴퓨터 연산에서 정보의 기본 단위인 기존의 비트는 두 가지 중 하나의 값(0 또는 1 중 하나) 밖에 나타낼 수 없지만, 양자비트(큐비트)는 동시에 많은 값을 표현할 수 있다. 이는 앞으로 보다 빠른 컴퓨터 연산 시스템과 완벽하게 안전한 통신 네트워크 모두를 실현할 수 있다는 것이다.
또 과학자들은 아인슈타인의 ‘양자 얽힘’ 개념에 대한 의심이 틀렸다는 것을 확실하게 입증하는 데 접근했다. ‘양자 얽힘’은 수광년이나 떨어진 입자 중에서 한 입자의 상태가 다른 입자의 상태에 즉시 영향을 주는 연결된 상태를 말한다.
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연구진은 비록 짧은 거리지만 양자정보의 아주 정확한 순간이동을 달성했다고 밝혔다. 이들은 이제 이 실험을 1km 이상 거리에서 재현할 계획이다. 이 거리에서 양자 얽힘이 일어날 수 있다는 것이 반복적으로 확인되면 얽힘 현상과 양자역학 이론은 확실하게 입증된다.
더 떨어진 거리에서 성공하게 되면 ‘벨의 정리’라는 사고실험에 긍정적인 해결책을 제시하게 된다. 이 정리는 1964년 아일랜드의 물리학자 존 스튜어트 벨이 제안한 것으로 양자 얽힘으로 연결된 입자들이 광속보다 빠르게 정보를 전달할 수 있는지를 결정하는 방법이다.
이번 연구를 이끈 로날드 한슨 박사는 “아인슈타인의 실수를 반증하기 위해 5~6팀이 열띤 경쟁을 벌이고 있다”면서 “이번 연구는 가장 큰 성과일 것”이라고 말했다.
기존에 과학자들은 불완전하지만 양자정보를 순간이동하는 성과를 내왔다. 이는 물리적으로 양자비트를 얽힘 상태가 되도록해 달성한 놀라운 성과이지만 그 신뢰성은 불안했다.
예를 들어 2009년에 미국 메릴랜드대학의 물리학자들은 양자정보의 전송을 시연했지만 1억번 중 단 1번만 성공했다. 이는 단일 비트의 양자정보를 전송하는데 약 10분이 소요되는 것을 의미한다.
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이와 달리 네덜란드 연구진은 양자상태에 있는 두 얽힌 전자를 정확하게 100% 텔레포트시켰다. 이는 극저온의 다이아몬드에 갇힌 전자를 사용해 만든 양자비트로 가능했다. 다이아몬드는 전자를 유지하는 ‘미니 감옥’을 효과적으로 만든다고 한슨 박사는 설명했다.
연구진은 전자에 스핀(값)을 설정하고 신뢰할 수 있는 방법으로 그 값을 읽어내는 데 성공했다. 이는 강력한 양자인터넷의 가능성 외에 양자컴퓨터 네트워크의 가능성을 기약한다고 연구진은 말한다.
하지만 특정한 클래스에 있는 문제를 가장 강력한 슈퍼컴퓨터보다 훨씬 빠르게 해결할 수 있는 양자컴퓨터의 실용화는 아직 머나먼 목표다. 기능적으로 양자컴퓨터는 다수의 양자비트를 얽힘 상태로 만들고 해당 얽힘 상태를 비교적 오랜 기간 유지해야할 필요성이 있다. 이는 아직 달성하기에는 머나먼 과제인 것이다.
또한 한슨 박사는 양자 네트워크가 보급화되면 새로운 형태의 개인정보 보호가 실현될 것이라고 말한다. 즉 이런 네트워크는 원격의 사용자가 양자 계산을 하나의 서버에서 실행할 때 그 서버의 운영자는 그 계산의 본질을 측정할 수 없도록 하는 것이 가능해진다는 것이다.
윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr
