연구성과
POSTECH, 양자교란-측정되돌림성 대한 상호교환 증명
김윤호 교수팀, 양자교란-측정되돌림성 관계 규명
미래형 최첨단 컴퓨터로 불리는 양자컴퓨터*1, 새로운 방식의 통신으로 기대되는 양자통신*2과 같은 양자 정보기술 구현을 위한 실용적인 기준을 마련할 연구결과가 POSTECH(포항공과대학교) 연구팀에 의해 발표됐다.
POSTECH 물리학과 통합과정 임향택씨․김윤호 교수팀은 피지컬리뷰레터스(Physical Review Letters)를 통해 양자교란(Disturbance)과 측정되돌림성(Reversibility) 사이에 상호교환(trade-off) 관계가 있다는 사실을 증명했다고 밝혔다.
이와 함께 이들 관계가 갖는 한계를 정량적으로 입증해 가장 많은 정보를 얻을 수 있는 ‘최적의 양자측정’을 구현하는 데도 성공했다.
고전물리학과는 달리, 양자물리학의 관점에서는 측정을 통해 양자시스템에 대한 정보를 얻게 되면 그에 대한 반작용으로 양자의 상태가 변하게 된다. 그리고 이러한 변화에서 측정 전의 상태로 다시 양자의 상태가 복원될 수 있는 확률을 측정되돌림성이라고 부른다.
양자측정을 통해 얻은 정보의 양이 많으면 많을수록 양자 상태가 변하는 정도가 켜지며, 이 경우 측정되돌림성 역시 감소하는 것으로 알려져 있다. 그러나 지금까지는 이러한 관계들에 대해 별개의 것으로 간주, 독립적으로 연구해왔으나, 연구팀은 이 개념들이 서로 밀접하게 연관되어 있다는 것을 증명했다.
다시 말해, 최소한의 상태교란으로 가장 많은 정보를 얻어내는 ‘최소교란측정’은 최대의 측정되돌림성을 가지며, 가장 많은 정보를 얻어낼 수 있지만 그 역(逆)은 성립하지 않는다는 사실을 밝혀냈다.
이번 연구는 양자측정이 갖는 특성에 대해 이해하기 위한 연구로 아쉽게도 실용적인 부분에 적용하기는 어렵지만, 양자정보과학에서 양자상태의 복제 불가원리를 이용하는 ‘양자암호’에도 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
특히 이 측정되돌림성에 대한 개념은 최근 양자정보통신 분야 발전의 걸림돌 중 하나로 지목되는 ‘결어긋남현상’*3을 극복하는데 유용하다는 사실이 밝혀진 바 있다. 연구팀은 이러한 결어긋남 방지 연구에도 도움이 될 것으로 기대한다고 덧붙였다.
1. 양자컴퓨터
기존의 컴퓨터와 달리 한 개의 처리장치로부터 수많은 계산을 동시에 처리할 수 있어 정보처리량과 속도가 종전의 컴퓨터에 비해 월등히 앞선 미래형 최첨단 컴퓨터
2. 양자통신
정보를 빛의 기본입자인 광자의 양자 상태에 실어 전달하는 새로운 방식의 통신. 양자역학적 특성으로 빠른 속도, 정확한 정보전달 등 기존의 통신에 비해 많은 장점이 있음
3. 결어긋남현상
양자계가 결맞음을 잃어버리는 현상을 의미하며, 결맞음이 완전히 없어진 양자계는 양자정보처리에 사용할 수 없음
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