지난 포스팅에서는 양자역학의 기본개념 중 양자상태(superposition) 의 개념을 알아보고 예시 등으로 이해를 쉽게 도와드리고자 살펴보았었는데요,, 그래도 어려운 개념이긴 해서 글을 쓰는 저도 이해가 쉽게 되지는 않습니다. 오늘은 양자역학의 기본개념 중 양자 엔탕글먼트(Entanglement) 에 대해 알아보겠습니다.
양자 엔탕글먼트(Entanglement) 란~?
양자역학의 핵심 개념 중 하나인 엔탕글먼트(Entanglement)는 물리학에서 현상을 설명하기 위한 중요한 원리 중 하나입니다. 엔탕글먼트는 두 개 이상의 양자 시스템이 상호적으로 결합되어 하나의 양자 상태를 공유하는 현상을 나타냅니다. 이는 양자 역학의 특수한 특성 중 하나로, 두 양자 시스템 사이에 어떤 일이 일어나면 한 양자의 상태가 다른 양자에게 즉시 영향을 미치는 것을 의미합니다.
엔탕글먼트는 양자 상태의 측정 결과가 서로 강하게 연결되어 있음을 나타내며, 이 연결은 공간적으로 떨어진 양자 시스템 간에도 존재할 수 있습니다. 양자 상태의 측정은 그 순간에 곧바로 다른 양자의 상태를 정의하게 되며, 이로써 양자 시스템 간의 상호 의존성이 생깁니다.
엔탕글먼트는 양자 역학의 원리 중 하나인 양자 상태의 중첩 원리와도 관련이 있습니다. 양자 시스템은 단일한 상태로 존재하는 것이 아니라 여러 상태의 중첩으로 존재하며, 엔탕글먼트는 이러한 중첩 상태가 서로 결합되어 하나의 통합된 상태로 관측되는 현상을 설명합니다.
양자 컴퓨터 및 양자 통신 분야에서 엔탕글먼트는 특히 중요한 역할을 합니다. 양자 컴퓨터에서는 더욱 복잡한 계산을 수행하는 데 활용되고, 양자 통신에서는 양자 비밀 키 분배 등의 응용이 가능합니다.
양자 상태의 중첩 원리
양자 상태의 중첩 원리는 양자역학의 기본 원리 중 하나로, 양자 시스템이 동시에 여러 가능한 상태에 존재할 수 있다는 아이디어를 나타냅니다. 이것은 양자 상태를 정확하게 예측하는 전통적인 물리학의 관점에서는 이해하기 어려운 현상 중 하나입니다.
양자 시스템의 상태는 특정한 값이 아닌, 확률 분포로 표현됩니다. 양자 상태를 나타내는 표기법으로는 측정 결과에 따라 변할 수 있는 여러 가능한 상태의 선형 조합을 표현하는데, 이를 "중첩 상태"라고 합니다. 중첩 상태의 표현은 수학적으로 복잡할 수 있지만, 간단한 예를 통해 이해를 돕겠습니다.
중첩상태 표현의 예
하나의 양자 비트인 양자 시스템이 있을 때, 이 양자 시스템의 상태를 |0⟩과 |1⟩로 나타낼 수 있습니다. 여기서 |0⟩는 기본 상태(0 상태), |1⟩은 상승 상태(1 상태)를 나타냅니다. 양자역학의 중첩 원리에 따르면, 이 양자 시스템은 다음과 같은 중첩 상태에 있을 수 있습니다.
|ψ⟩ = α|0⟩ + β|1⟩ 여기서 α와 β는 각 상태에 대한 확률 진폭(amplitude)이며, 이는 정규화 조건을 만족해야 합니다. 확률은 진폭의 제곱으로 주어지며, 측정 시 시스템이 특정한 상태에 놓일 확률은 이 진폭의 제곱에 비례합니다.
즉, 양자 시스템은 |0⟩와 |1⟩ 상태에 대한 중첩 상태에 있으며, 이 중첩 상태는 양자 컴퓨터와 같은 응용에서 복잡하고 동시에 여러 계산을 수행하는 기반을 제공합니다. 양자 중첩은 양자 계산의 핵심 개념 중 하나이며, 전통적인 컴퓨터로는 풀기 어려운 문제들을 효율적으로 해결하는 데 활용됩니다.
오늘은 이렇게 양자역학의 기본개념 중 하나인 양자 엔탕글먼트(Entanglement) 에 대해 알아보았습니다. 다음 포스팅에서는 양자역학의 여러가지 기본 개념 중 마지막으로 양자 상호작용에 대해 자세하게 살펴보겠습니다.