2005 년, Physics Today 잡지에 실린 물리학 자 Asher Peres의 사망 기사는 기자가 양자 순간 이동이 사람의 영혼을 수송 할 수 있는지 물었을 때 말했습니다. 과학자는 그들의 몸뿐만 아니라 “아니, 몸이 아니라 영혼 만”이라고 대답했습니다. 단순한 농담 이상으로 Peres의 반응은 공상 과학 소설에서 수없이 보아온 과정의 현실에 대해 은유로 인코딩 된 완벽한 설명을 제공합니다. 실제로 순간 이동은 존재하지만 실제로는 존재합니다. 유명한 “Beam me up, Scotty!”와는 상당히 다릅니다. Star Trek 시리즈와 관련이 있습니다.

실제 과학의 순간 이동은 양자 순간 이동의 토대를 마련한 Physical Review Letters의 다른 5 명의 연구원과 Peres가 발표 한 이론적 연구 덕분에 1993 년에 구체화되기 시작했습니다. 분명히 제안 된 현상을 텔레포트라는 대중적인 아이디어와 연관시키는 것이 공동 저자 인 Charles Bennett의 아이디어 였지만, 허구와 현실 사이에는 본질적인 차이가 있습니다. 후자에서는 여행하는 것이 중요하지 않고 오히려 속성을 전송하는 정보입니다. 원래의 문제를 목적지 문제에 대한 것입니다.

양자 순간 이동은 EPR 역설로 알려진 물리학 자 Albert Einstein과 그의 동료 Boris Podolsky와 Nathan Rosen이 1935 년에 설명한 가설을 기반으로합니다. 양자 물리학 법칙의 결과로 두 개의 입자를 얻어 공간에서 분리하여 전체의 두 부분으로 계속 속성을 공유 할 수있었습니다. 따라서 그들 중 하나에 대한 작업 (사용 된 명명법에 따라 A 또는 Alice)은 다른 하나 (B 또는 Bob)에 즉시 영향을 미칩니다. 아인슈타인의 말에 따르면이 “원거리에서의 무시 무시한 행동”은 빛의 속도 제한을 위반할 수있는 것처럼 보입니다.

양자 얽힘이라고 불리는이 현상의 이론은 나중에 John Stewart Bell에 의해 1964 년에 개발되었으며 수많은 실험에 의해 확증되었습니다. Peres, Bennett 및 그들의 협력자들의 연구는 세 번째 입자가 Alice와 상호 작용하여 A를 잃을 수 있다고 제안했습니다. 양자 상태 (물리적 속성 중 하나의 값)는 Bob의 상태를 획득하기 위해 Bob에게 전달됩니다. 물질의 전달없이 Bob 입자는 Alice 대화 형 입자의 복사본으로 변환됩니다. 사이에 물리적 접촉이 없었을 것입니다

텔레포트 큐 비트

1998 년 이후 다양한 실험을 통해 처음에는 개별 광자, 원자, 더 복잡한 시스템을 사용하여 양자 순간 이동을 달성했습니다. 처음에는이 현상이 짧은 거리에서 입증되었으며 이후 연구에서 수백 미터와 킬로미터로 증가했습니다. 현재 기록은 지구 궤도에서 1,400km의 광자를 지구 궤도에있는 Micius 위성으로 순간 이동 한 것으로, 2017 년 중국 허페이 과학 기술 대학 (USTC)의 Jian-Wei Pan 팀이 성공적으로 수행 한 성과입니다.

이 실험에서 전송되는 것은 비트로 코딩 된 정보입니다. 고전적인 의미에서 비트는 0 또는 1의 값을 취하는 이진 정보의 기본 단위입니다. 양자 상태에 적용 할 때 비트는 예를 들어 입자의 회전 (일종의 회전)에 대한 정보를 포함 할 수 있습니다. ). 그러나 양자 버전의 비트 인 큐 비트에서는 양자 역학이 상태가 겹칠 수 있도록 허용하므로 값은 0과 1 또는 2와 같은 다른 값이 될 수 있습니다. 이것이 정보를 저장하고 처리하는 능력이 훨씬 더 크기 때문에 양자 컴퓨팅이 기존 컴퓨팅보다 더 강력한 기술로 간주되는 이유입니다.

그러나 양자 순간 이동이 전송에 도움이되지 않는다는 점을 강조하는 것이 중요합니다. 즉시 또는 광속보다 빠른 데이터. 그 이유는 Bob이 얽힌 파티클 시스템을 통해 전송되지 않고 따라서 다른 채널을 통해 전송되어야하는 Alice의 측정에 대한 추가 정보를 가져와야하기 때문입니다. 각 순간 이동 된 큐 비트에 대해 두 개의 클래식 비트가 전송되어야하며 이는 기껏해야 빛의 속도에만 도달하는 전통적인 방식을 통해서만 가능합니다.

미래 양자 네트워크

그러나 이러한 한계에도 불구하고 양자 순간 이동의 가능성은 새로운 이정표에 도달함에 따라 점점 더 유망 해 보입니다. 올해 두 팀의 연구팀이 처음으로 큐트 릿 또는 3 차원 정보 단위 (0, 1, 2의 세 가지 값을 취할 수 있음)의 전송을보고했습니다. “두 연구 모두 qutrit의 순간 이동을 입증했습니다.가장 큰 차이점은 우리가 사용한 방법입니다.”UCTC의 물리학 자이자 아직 게시되지 않은 연구 중 하나의 공동 저자 인 Bi-Heng Liu가 OpenMind에 설명합니다.

그러나 현재 두 팀 간에는 여전히 논란이 있습니다. 물리학 자 루 차오양 (Chao-Yang Lu)이 OpenMind에 설명했듯이, 동료 연구와 관련하여 Physical Review Letters에 발표 된 다른 연구의 공동 저자이기도합니다. “순간 이동의 양자 적 특성은 입증되지 않았습니다. .” 같은 연구의 공동 저자 인 비엔나 대학의 Manuel Erhard는 Liu의 실험에서 “측정과 결과가 진정한 3 차원 및 보편적 양자 순간 이동을 주장하기에 충분하지 않다”고 믿습니다. Liu는 자신의 결과를 다음과 같이 변호합니다. “우리는 수치 시뮬레이션을 수행하고 큐트 릿의 순간 이동을 확인했습니다.”

이 논란은 또한 시스템을 더 많은 차원으로 확장 할 수있는 가능성으로 확장됩니다. Liu에게 “두 계획 모두 확장 가능합니다.” Erhard는 자신의 시스템이 어떤 차원으로도 쉽게 확장 될 수 있다고 주장합니다. “차원을 더욱 높이는 것은 기술 개발의 문제입니다.”반면에 그는 같은 말을 할 수 있을지 확신하지 못합니다. 그의 동료 시스템에 대해.

그러나 이러한 실험을 더 많은 차원으로 확장하는 이유는 무엇입니까? “고차원 양자 순간 이동의 가능한 응용은 양자 네트워크에 있습니다.”Erhard가 OpenMind에 설명합니다. “따라서 우리는 더 높은 차원의 알파벳을 기반으로하는 미래의 양자 네트워크를 구상합니다. 예를 들어 더 높은 정보 용량과 노이즈에 대한 더 큰 저항성을 제공합니다.”

따라서 큐 비트에서 이동 Lu는 자신의 시스템이 소위 양자 우월성, 즉 고전적인 컴퓨팅으로는 달성 할 수없는 문제를 해결할 수있는 능력을 달성 할 것이라고 예측합니다. “우리는 보손 샘플링이라는 다중 광자 다차원 양자 컴퓨팅 실험을 구현하고, 가까운 장래에 30-50 광자를 제어하여 양자 우위에 도달 할 수 있기를 바랍니다.”

Javier Yanes

@ yanes68