양자네트워크는 데이터전송방식의 다음 단계인가?
우리는 팻파이프를 좋아하고 거짓말을 할 수 없다. 그리고 지난 20년 동안 우리는 인터넷연결이 전화접속에서 구리선을 통한 ADSL, 오늘날의 광섬유로 변경되는 것을 보았다. 그렇다면 데이터를 전송하는 방법의 다음 단계는 무엇인가?
신호를 보내기 위해 빛의 펄스를 사용하는 대신 광자자체의 속성을 사용하는 네트워크를 상상해보자. 이것은 양자네트워크이며, 아인슈타인이 좋아하지 않는 것, 즉 양자얽힘에 의존한다. 무스 타치오 상대성이론가에 의해 '원거리에서 으스스한 행동'으로 규정된 얽힘은 한 쌍의 광자를 생성하는 것을 의미한다. 한 쌍의 광자 상태를 측정할 때 어떻게 든 상관없이 다른 것과 동일한 속성을 즉시 알 수 있다. 멀리 떨어져 있다. 이런 방식으로 정보를 전송하는 것은 양자순간이동이라고 알려져 있지만, 빨간셔츠를 입은 남자가 죽을 운명이 아니라 여기에 순간이동되는 것은 양자정보이다. 정말 영리하다면 인터넷을 구축하기에 충분하다.
정말 영리한 사람들은 캘리포니아공과대학의 물리학, 수학, 천문학부에서 일하는 대학원생 Samantha Davis와 Dr Raju Valivarthi를 포함한다. 그들은 2020년에 "최신 저잡음 초전도 나노와이어 단일 광자검출기" (및 기성 광학)를 사용하여 통신에서 일반적으로 사용되는 파장에서 큐비트를 텔레포트 할 수 있었던 방법을 자세히 설명하는 논문을 발표했다. 90%의 충실도를 가진 다운 광섬유. 분명히 10%의 오류율로 아직 그 정도는 아니지만 Caltech와 Fermilab 모두에서 이에 대한 작업이 진행 중이다.
Caltech 작업에서 가장 흥미로운 점은 일반적인 네트워킹 구성요소를 사용하고 오늘날의 인터넷과 인터페이스 할 수있는 방식이다.
고맙게도 Davis는 우리를 위해 간단하게 설명한다. “Alice가 Bob에게 큐비트를 보내고 싶다고 가정해 보겠다. 문제는 우리가 그것을 광섬유나 여유공간을 통해 보내려고한다는 것이다. 그래서 큐비트는 환경에 매우 민감하기 때문에 많은 손실이있을 것이다.” Qubits는 격리된 상태로 유지되어야한다. 그렇지않으면 전체적인 유용성을 잃게된다. "확장 가능한 네트워크를 생성하려는 경우 이것은 매우 큰 문제이다. 따라서 할 수있는 것은 양자 얽힘을 활용하여 더 먼 거리에 큐비트를 전송할 수있는 양자순간이동을 사용하는 것이다."
Alice와 Bob으로 돌아가서 "찰리라는 세 번째 사람은 Alice와 Bob의 중간에 있다."라고 Davis는 말한다. "그리고 이 세 노드가 있기 때문에 Alice는 광자로 인코딩된 큐비트를 보낸다. " 좋아, 지금까지 너와 함께있어.“
Bob은 한 쌍의 얽힌 광자를 생성하고 하나를 유지하고 하나를 Charlie에게 보낸다. 이제 Bob은 얽힌 광자 쌍 중 하나의 구성원을 가지고 있다. Charlie는 Alice의 광자와 Bob의 다른 얽힌 광자를 가지고 있다. Charlie는 자신이 가지고있는 이 두 입자에 대해 Bell State 측정이라는 특수 측정을 수행하고 결과를 Bob에게 보낸다. Bob은 Charlie의 정보를 사용하여 Alice의 큐 비트를 다시 만든다.
“아이디어는 앨리스가 자신의 광자를 거리의 절반만 보냈지만 정보는 그 거리의 두 배로 전송되었다. 그래서 그것은 정보의 순간이동이다.” 그렇게 넣으면 빛보다 빠르게 움직이는 것처럼 들린다. 여기서 물리학을 깨는가? "아니. " 바로 그때. 데이비스는“여전히 주를 완전히 보내야한다. "고전적으로 소통해야하므로 법률을 위반하지 않는다."
"양자 인터넷에는 여러 노드가 있다."라고 Valivarthi는 말한다. “그리고 그들 모두는 일종의 양자정보처리능력을 가지고 있다. 그들은 모두 서로 연결되어 있으며, 그것이 의미하는 바는 서로간에 양자정보를 전달할 수 있다는 것이다. 이것을 할 수있게되면 멋진 일을 할 수있을 것이다.”
오 좋아, 우리는 멋진 것을 좋아한다. “이 노드들이 도시나 일종의 네트워크에서 정말 멀리 떨어져 있으므로 이런 종류의 통신이 안전하다고 가정해 보자. 아무도 해킹할 수 없다.”라고 Valivarthi는 계속한다. 양자네트워크는 도청 시도가 상대방에서 수신되는 신호를 변경하기 때문에 본질적으로 안전하다. 마오쩌둥 회장이 말했듯이 양자역학이 아니라 “배의 맛을 알고 싶다면 배를 먹어서 바꿔야한다”고 말했다. 당신의 정보가 그 정보를 한 입 베어 물고 수신자에게 전달된다면, 당신은 거대한 주 정보기관이 온라인에 있다는 것을 알고 있다.
"[고전적인 암호화를 사용하는 경우] 우리는 매우 어렵지만 물리적으로 불가능하지는 않은 문제 (예 : 거대한 소수 인수 분해)에 의존하고 있지만, 이 양자통신에서는 물리적으로 해결할 수없는 문제에 의존하고 있다."라고 말한다. “양자역학의 법칙이 유효한 한 우리는 안전한 통신을 할 수 있다. 양자이론은 가장 잘 검증된 물리학 이론이므로 우리는 꽤 확신한다.”
파란색으로 얽혀
그러나 OneDrive에서 유령을 방지하는 것 이상이 있다. "서로 얽혀있는 것과 같은 망원경 네트워크를 갖는 것과 같은 응용프로그램이 있다."라고 Davis는 말한다. “예를 들어 천문 신호를 감지하는 능력을 향상시킬 수 있다. 양자역학과 중력 사이에는 밀접한 관계가 있기 때문에 공간 대 지상 네트워크에 대한 제안이 있으므로 큐비트에 대한 중력의 영향을 연구 할 수 있다.”
그리고 큐비트 (동시에 1 또는 0 또는 둘 다일 수있는 성가신 양자 비트)에 대한 중력의 영향은 무엇이며 양자컴퓨팅이 작동하는 데 필수적인 것은 무엇인가? "우리는 정확히 모른다!" 데이비스가 외쳤다. "이것은 매우 국경에 있지만 곡선 시공간의 효과가 얽힘의 강도에 영향을 미칠 수 있다고 제안되었다."
이것은 핵융합 또는 양자컴퓨터 자체와 같은 기술 중 하나처럼 들리는데, 주류에서 영원히 10년 떨어져 있다. 그러나 양자네트워크는 거의 여기에 있습니다. “현재 일반적인 양자통신실험은 50 ~ 100km의 광섬유 범위에 있다.”라고 Valivarthi는 말한다. “확장하려면 양자중계기가 필요하다. 우리는 미국의 17개 국립연구소를 연결하는 양자인터넷 백본을 만드는 계획을 제안했다.”라고 Davis는 말한다. “우리가 만든 이 테스트 베드는 그 일부가 될 것이다.” PCgamer.com을 통해
