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양자 얽힘 현상이 비국소성을 갖고 빛의 속도
안녕하세요!
양자 얽힘 현상이 비국소성을 갖고 빛의 속도보다 빠르게 상태가 결정되는 원리와 양자 암호 통신 응용법은 무엇인가요?!
4개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 박재화 전문가입니다.
양자 얽힘은 두 입자가 멀리 떨어져 있어도 측정 결과 사이에 매우 강한 상관관계가 나타나는 현상을 말합니다.
한쪽을 측정하면 다른 쪽의 상태가 즉시 정해진 것처럼 보이지만, 이것으로 빛보다 빠르게 정보를 보내는 것은 불가능하고, 각 측정 결과 자체는 무작위이기 때문에 두 사람이 결과를 비교하려면 결국에는 일반적인 통신을 필요로 합니다.
양자 암호에서는 이런 특성과 함께 양자 상태를 측정하면 상태를 측정하면 상태가 변한다는 원리를 이용해 도청 여부를 알아낼 수 있고, 누군가 중간에서 정보를 몰래 측정하면 측정 결과의 오류율이나 상관관계가 달라져 도청 흔적이 나타납니다.
결국에는 양자 얽힘은 초광속 통신 기술이라기보다, 멀리 떨어진 양자 상태의 강한 상관관계를 이용해 보안성을 높이는 데 의미가 있다고 할 수 있습니다.
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채택된 답변안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.
양자 얽힘은 두 입자가 거리에 상관없이 하나의 상태를 공유하여 한 입자의 상태를 측정하는 즉시 얽혀 있는 다른 입자의 상태가 빛의 속도보다 빠르게 동시 결정되는 비국소성을 보입니다 이는 실제 정보가 공간을 가로질러 전송되는 것이 아니라 확률적으로 정해져 있던 상태가 측정 순간 확정되는 양자역학적 특성이므로 정보가 빛보다 빠르게 전달되지 않는 상대성 이론과 충돌하지 않습니다 이러한 특성을 활용한 양자 암호 통신은 도청자가 측정 시도 시 얽힘 상태가 즉각 파괴되고 데이터에 오류가 발생하는 원리를 이용합니다. 결과적으로 송수신자는 무단 도청 여부를 100% 감지하여 절대로 해킹될 수 없는 일회용 비밀키를 안전하게 공유하고 최고 수준의 보안 통신을 구현할 수 있습니다
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
양자 얽힘부터 정리할게요. 두 입자를 얽힌 상태로 만들면 각자의 상태가 정해지지 않은 채 둘의 관계만 정의된 한 몸이 돼요. 이 쌍을 아무리 멀리 떨어뜨려도, 한쪽을 측정해 상태가 정해지는 순간 다른 쪽 상태도 즉시 정해져요. 지구와 안드로메다만큼 떨어져 있어도요. 측정 전에는 정말로 상태가 미정이었다는 게 벨 부등식 실험들로 확인됐고, 이 성과가 2022년 노벨물리학상을 받았어요. 입자가 신호를 주고받아 맞추는 게 아니라, 애초에 둘이 하나의 양자 상태를 공유하고 있어서 생기는 상관이라는 게 비국소성의 의미예요.
그런데 중요한 오해를 짚어야 해요. 상태가 즉시 결정되는 것과 정보가 빛보다 빨리 전달되는 건 다른 문제예요. 내가 측정해서 얻는 결과는 무작위라 통제할 수 없어요. 상대방도 자기 쪽을 측정하면 무작위 결과만 보이고, 두 결과가 맞물려 있었다는 건 나중에 일반 통신으로 결과를 비교해봐야 알 수 있어요. 장갑 한 켤레를 두 상자에 나눠 보내면 한쪽을 여는 순간 반대쪽이 뭔지 즉시 알지만, 그걸로 상대에게 메시지를 보낼 수 없는 것과 비슷해요. 얽힘은 그보다 훨씬 기묘한 상관이지만 신호 전달이 불가능하다는 점은 같아서, 상대성이론과 충돌하지 않아요.
양자 암호 통신은 바로 이 성질을 도청 감지에 써요. 얽힌 광자쌍을 나눠 갖고 각자 측정해서 그 결과로 암호 키를 만드는 방식인데, 핵심은 양자 상태가 측정되면 반드시 흔적이 남는다는 거예요. 도청자가 중간에서 광자를 가로채 측정하면 얽힘의 상관관계가 깨지고, 두 사람이 결과 일부를 대조해 통계가 어긋나는 걸 보면 도청을 즉시 알아차려요. 도청이 없다고 확인된 키로만 암호화하니, 수학 문제의 어려움에 기대는 기존 암호와 달리 물리 법칙이 안전을 보장하는 방식이에요. 이미 위성으로 대륙 간 양자 키 분배가 시연됐고, 우리나라도 통신사들이 양자암호 시험망을 운영하는 단계까지 와 있어요 :)
안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.
양자 얽힘은 한쪽 입자의 상태가 결정되는 순간에, 거리와 상관없이 다른 입자의 상태도 정해지는 비국소적 특성을 가집니다. 하지만, 실제 정보 자체를 빛보다 빠르게 전송할 수 있는 것은 아니에요. 이 원리를 활용하면 누군가 중간에서 도청을 시도할 때, 양자 상태가 변화하는 성질을 이용해서 성능이 좋은 보안의 암호키를 만들어 보낼 수 있는거구요. 결국에는 빛보다 빠른 순간적인 상태 결정으로 이상적인 비국소성을 구현항수 있습니다. 그리고 이거를 기반으로 뚫리지 않는 양자암호통신 기술을 펼쳐낼수 있습니다.