1. 양자 응용 기술
ㅇ 양자 중첩, 양자 얽힘, 불확정성 원리 등의 개념과 결합하여 다양한 응용 기술 가능
ㅇ 영자역학적 현상의 특징들
- 양자 중첩 (Quantum Superposition)
. 0과 1의 상태를 동시에 가질 수 있는 중첩 상태를 가질 수 있음
- 양자 얽힘 (Quantum Entanglement)
. 2 이상의 입자가 서로 강하게 상관되어, 공간적으로 멀리 떨어져 있어도,
. 한 입자의 상태가 결정되는 순간 다른 입자의 상태도 즉시 결정되는 현상
- 불확정성 원리 (Uncertainty Principle)
. 측정 행위가 다른 물리량에 영향을 주어, 측정 결과에 영향을 주게됨
- 양자 터널링 (Quantum tunneling)
. 입자가 에너지 장벽을 뚫고 지나갈 수 있는 현상
ㅇ 주요 응용 분야
- 암호화 및 해독, 최적화 문제, 화학 분자 모델링, 통신 등 다양한 분야에 응용 가능 잠재력
. 양자 컴퓨팅 (Quantum Computing)
.. 양자역학의 원리를 기반으로 한 새로운 형태의 컴퓨팅 방식
.. 기존의 고전적인 컴퓨터와는 다른 방식으로 정보를 처리
.. 큐비트 간의 얽힘을 이용한 고속 연산 수행
. 양자 암호 (Quantum Cryptography)
.. 얽힘 현상을 이용한 양자 키 분배(QKD, Quantum Key Distribution) 기술에 의해,
.. 도청이 원천적으로 불가능한 안전한 암호 시스템을 만듬
. 양자 통신, 양자 원격전송 (Quantum Teleportation)
.. 광자 기반 데이터 전송
.. 얽힌 입자를 이용해 먼 거리에서도 상태 정보를 전송
. 양자 센서
.. 초정밀 측정 및 이미징 기술
2. 양자 얽힘 (Quantum Entanglement) 현상
ㅇ 2 이상의 입자가 서로 간의 물리적 상태를 공유하여 (강하게 연관되어),
- 한 입자의 상태가 다른 입자에 즉각적으로 영향을 미치는, 양자역학적 현상
. "유령같은 원격작용 (spooky action at a distance)" - 아인슈타인
- 얽힌 입자 쌍은 스핀, 편광, 위치 등 양자 상태를 공유
ㅇ 특징
- 비 국소성 : 얽힌 입자들은 물리적 거리에 상관없이 즉각 상호작용 함
- 측정 의존성 : 한 입자의 상태를 측정하면 다른 입자의 상태가 즉시 결정 됨
- 양자 정보 전송 : 양자 얽힘은 양자 암호화와 양자 텔레포테이션 등의 기술의 기반이 됨
ㅇ 실험
- 1964년 벨의 정리(Bell's theorem)로 실험적 검증 가능성 입증
- 중국의 '墨子號' 위성이 지상국과 양자 통신 실험을 수행하는 등
- 1,200km 거리에서도 양자얽힘 상태 유지가 실험적으로 확인
3. 양자 컴퓨팅 (Quantum Computing)
ㅇ 고전,양자 컴퓨터의 계산 방식 비교
- 고전 컴퓨터 : 비트 단위로 정보를 처리
- 양자 컴퓨터 : 큐비트(Qubit)를 사용
. 다중 연산을 병렬로 수행 가능
. 이러한 병렬 계산 특성으로 특정 문제에 대해 고전 컴퓨터보다 훨씬 빠르고 효율적 처리 가능
ㅇ 큐비트, 양자 비트 (Qubit)
- 양자 컴퓨터에서 정보를 표현하는 기본 단위
ㅇ 특징
- 중첩 : 0과 1의 상태가 동시에 존재할 수 있는 중첩 상태를 허용
- 얽힘 : 서로 다른 Qubit 간의 상태가 상호 연결됨
. 여러 큐비트 간의 상태가 서로 얽히어 상호작용하면서 하나의 시스템 처럼 행동
. 복잡한 연산을 더욱 효율적으로 처리할 수 있도록, 병렬 계산 수행 가능
- 측정 : 관측 시 0 또는 1 이 확률적으로 결정됨