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순간이동이란 무엇일까?
영화 ' 점퍼 '에 나오는 순간이동처럼
사라짐과 동시에 다른곳에 존재하는 개념이 순간이동일까?
영화 '점퍼'에서 나오는 순간이동의 개념은 단호히 말하면
실현될 수 없어.
아인슈타인의 특수상대성이론에 따르면 어떠한 물체도 빛보다 빨리 움직일 수 없어.
따라서, 순간이동의 정의는 매우빠른속도로 다른곳으로 이동하는 개념이라고 생각할 수 있지.
그렇지만, 또다른 문제가 발생해.
물체에 가속도가 가해지면 점점 무거워져서 더 큰힘이 필요해지게 되어서
50 kg의 물체를 빛의 속도에 가깝게 가속하려면
원자폭탄 50개의 힘이 필요하며
또한, 인간은 그러한 가속도를 버틸 수 있는 육체를 가지고 있지않아.
" 그렇다면, 물질을 빛에너지로 바꾸어서 이동시키면 어떨까? "
영화 스타트렉에서 물질을 빛에너지로 바꾸어서 순간이동 시켜
왜냐면 빛에너지는 엄청나게 빠르기 때문이지.
그렇다면 물질을 빛에너지로 바꾸려면 어떻게 해야할까?
이와 관련된 유명한 공식이 있어
" E = MC^2 "
( E=빛에너지, M=질량, C=빛의 속도 )
그런데 이것또한 문제가 발생해
50 KG의 사람을 에너지로 환산시 메가톤급 수소폭탄 1000개가 필요해
그리고 사람이 가지고 있는 정보의 양도 10^28으로 초당 테라비트의 속도로 보내도
수억년이 걸려.
그리고 순간이동을 시키려면 원자 위치와 운동도 정확히 알아야 하지만
양자역학에 따르면 위치와 속도를 동시에 파악할수 없어
(by 하이젠베르크의 불확정석 원리)
그래서 "양자원격전송"이란것을 소개해보려고 해
양자원격전송이란?
"양자상태의 정보를 멀리 옮기는 것"이야
양자상태란 무엇이냐?
수소원자를 예로 들어보면
수소원자는 원자핵을 구성하는 양성자와 핵주위를 도는 전자로 구성되어 있는데.
전자는 양성자와 가까이 또는 멀리 위치할 수 있어
이게 무슨말이냐면
전자라는 한 물체가 "다양한 상태를 동시에 가질 수 있다" 라는 의미야.
이것을 "양자상태에 있다" 라고 표현해.
하지만 양자상태는 측정한 뒤에도 바뀌므로 물체 그대로를 측정하는 것은 불가능해.
그래서 양자원격전송은
" 물체를 한 곳에서 다른곳으로 빠르게 이동시키는 것이 아닌
한 물체의 양자정보를 다른물체에 입히는 개념"이야
제대로 측정도 불가능하다면서 어떻게 한 물체의 양자정보를 다른물체에 입힌다는거야??
이 질문에 대답하기 위해서 '양자 얽힘 상태'에 대하여 잠시 설명할게.
양자얽힘상태: 멀리 떨어져 있어도 두 광자는 항상 같은결정을 내린다 !!
'얽힘 상태'에 있는 두 광자 A와 B가 있다
A광자가 우측으로 15도 이동시 어떻게 될까?
B도 같이 우측으로 15도로 움직여
이번엔 ' 양자 얽힘의 1대1 대응 특성'에 대해 알아볼게.
얽힘 상태의 두 광자가 다른 광자와 얽힐경우
남은광자와의 얽힘을 소멸해.
( 현재 A와 B 얽힘 상태)
A와 B의 얽힘상태가 풀린 후
X와 얽히게 된다면 남은 광자B와의 얽힘상태는 풀리고
B는 정지하게 된다.
< 1. 양자 원격 전송 >
갑이라는 사람이 ' X 광자 '를 100 km 떨어진 을에게 전달한다고 해보자.
을은 갑에게 x에 관한 정보를 받아 가지고 있던 얽힘상태의 광자(A,B) 중 하나를
조작해 x에 대한 양자정보를 자신의 광자에 입힐수 있어.
여기까지만 본다면 여러가지 의문점이 생길테지만
좀더 자세하게 양자원격전송에대한 메카니즘을 설명하고 나면
모두 해소 될거야.
< 양자원격전송 메카니즘 >
갑이 보유한 X광자는 우측으로 15도만큼 약간 기울어져 있어
하지만 아까 말했듯이 "정확한" 기울기를 전달하는 것은 불가능해.
따라서, ' 양자얽힘'을 이용하는 거야
양자속에 있는 숫자는 양자상태를 ' 정확히 ' 측정할 수 없기 때문에
움직임을 파악하여 서로에게 알려줄 수 있도록
임의로 숫자로 위치를 표시한거야.
얽힘 상태에 있는 A와 B의 얽힘을 풀고 X와 얽히게 할거야
'양자얽힘'을 만들고 푸는 ' 비선형 광학 장치'라는 것으로
A와 B의 얽힘상태를 풀고 X와 A가 얽힘상태가 되면서 B는 멈추는거지.
얽힘상태를 만들었을때 아까 임의의 숫자로 표시했던 " 0,1,2,3"이
그대로 얽히면 B광자가 그대로 있어야 X와 동일해지기 때문에
갑은 을에게 전화를 걸어서 B를 가만히 두라고 말하는거야.
만약 다른위치에서 얽히게 된다면 X와 같게 만들기 위해서 B의 위치를
수정해주면 되는것이고.
직접적 물체의 이동없이 '양자얽힘'을 이용해 양자상태를 이동했기 때문에
" 양자 상태의 측정없이 전달이 가능해 "
유럽은 143 km, 중국은 97 km의 양자원격전송을 성공했어.
현재기술로는 143 km까지 양자원격전송을 할 수 있지.
더 먼 거리도 가능할까?
양자원격전송 거리가 멀어질수록 얽힘상태가 불안정해지기 때문에
현재기술로는 143 km까지만 가능하고 굳이 더 먼거리로 이동하고 싶다면
양자를 한번더 얽힘상태로 만들면 더 먼 거리로 이동이 가능하겠지.
사람은 원자가 너무 많아서 양자얽힘상태로 만드는것은 불가능에 가까워.
100 kg의 사람을 양자원격전송하는데 3억년이 걸리지.
하지만, 가까운 미래에 특이점이 오면 분자의 양자원격전송은 가능하게 될거다.