[비센의 재미있는 과학 이야기] 정보 교환 수단의 미래- 양자 통신이란 무엇인가 > 교육칼럼

본문 바로가기
사이트 내 전체검색
교육칼럼

[비센의 재미있는 과학 이야기] 정보 교환 수단의 미래- 양자 통신이란 무엇인가

페이지 정보

작성자 석준영 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 작성일17-06-21 12:21 조회2,066회 댓글0건

본문

지난 6월 16일자 과학 전문 논문지 사이언스(Science) 356호지의 표지에는 지구 밖에 떠있는 인공위성이 지구의 두 지점으로 붉은 레이저를 발사하고 있는 모습이 실렸습니다. 이 그림의 주인공은 중국의 양자통신위성 ‘모쯔(Micious)’호 입니다. 모쯔호는 지난해 8월 16일 중국의 주취안 위성발사센터에서 창정2D 로켓에 실려 발사되었습니다. 모쯔라는 이름은 한국식 한자 발음으로는 ‘묵자'이고, 기원전 5세기 춘추전국시대의 사상가이자 과학자로 알려진 ‘묵자(墨子)’의 이름을 딴 것이라고 합니다. 해당 논문지에는 중국과학원의 연구팀이 모쯔 양자통신 위성을 이용하여 1203 km 떨어진 두 곳에서 양자정보를 ‘순간' 이동시키는 실험에 성공했다는 논문이 실렸습니다.

탐사선이 태양계 밖에서 보내는 신호도 받을 수 있는 시대입니다. 이런 시대에 겨우 1200 km 떨어진 곳에서 통신을 성공했다는 것이 뭐가 그렇게 대단한 것일까요? 여기서 대단한 것은 통신의 성공이 아니라 ‘순간'적인 통신의 성공입니다. 신호라는 것은 한 곳에서 출발해서 다른 곳으로 전달되는 것이기에 시간차가 있을 수 밖에 없습니다. 전선을 따라 전달되는 전기신호의 경우는 말할 것도 없고, 빛을 이용하는 가장 빠른 신호 체계의 경우에도 거리에 따른 시간차가 생깁니다. 빛의 속도로 움직인다해도 태양에서 지구에 도달하기까지 8분 여의 시간이 필요합니다. 즉, 태양에서 신호를 보낸다면 8분 뒤에 지구에서 그 신호를 받게 됩니다. 명왕성(Pluto)을 탐사하는 뉴호라이즌스(New Horizons)가 보내는 신호들은 지구에 도착할 때까지 4시간 20여분이 걸립니다. 북극성은 지구로부터 약 1000광년(1광년 : 빛이 1년동안 직진해서 도달할 수 있는 거리) 떨어진 곳에 있으니, 오늘 밤하늘에서 북극성을 보신다면 1000년전 북극성을 출발한 빛을 보신 것입니다. 

이렇듯 현존하는 모든 신호체계가 근본적으로 시간차를 갖을 수 밖에 없음에도 불구하고 ‘순간'적인 신호이동이 가능한 것은 양자얽힘(Quantum entanglement)라는 원리 덕분입니다. 양자얽힘은 1964년 영국의 물리학자 존 스튜어트 벨(John Stewart Bell, 1928-1990)에 의해 처음 발표되었습니다. 양자얽힘에 따르면, 매우 작은 두 입자들이 어떤 특별한 관계, 즉 얽힘을 갖게 만든 후, 한쪽의 상태를 변화시키면 다른 입자의 상태가 자동적으로 변화하게 됩니다. 마치 자석의 N극과 S극 관계와 같다고 상상할 수 있습니다. 두 자석을 서로 잡아당길 수 있는, 하지만 완전히 붙지는 않을 거리에 위치시키고, 한쪽 자석으로 돌리면 다른쪽 자석이 함께 움직이는 모습과 비슷한 원리입니다. 특이한 점은 자석은 일정 거리를 벗어나 서로 잡아당기는 인력(attractive force)이 약해지면, 이런 식의 얽힘은 더이상 만들어 낼 수 없는 것과 달리 양자얽힘은 거리에 무관하다는 것입니다. 또한 얽힘에 의한 상태변화는 빛에 의한 신호전송이 아니기 때문에 본질적으로 ‘동시적으로' 일어나는 변화입니다. 그러므로 먼 거리에서 양자얽힘을 유지할 수 있는 것이 사실이라면, 두 양자적으로 얽힌 입자들을 먼 거리에 옮겨 놓은 후 양쪽의 상태변화를 통해서 신호를 주고 받을 수 있게 되는 것입니다. 마치 서울에서 자석을 돌렸을 때, ‘동시적으로' 밴쿠버에 있는 자석이 돌아감을 관측할 수 있고, 이를 통해 ‘아, 서울의 자석이 돌아갔구나'라는 사실을 바로 알 수 있는 것입니다. 

물론 벨이 처음 양자얽힘을 이야기할 때에는 실험적으로 증명된 것은 아니었습니다. 그는 이론적 계산에 의해 양자얽힘을 나타내는 수학적 식을 증명했는데, 그 방정식 내에 거리에 대한 인자가 포함되지 않는다는 것을 보인 것입니다. 워낙 다른 물리학적 이론과 일치하지 않는 이론이기 때문에 발표 당시에도 쉽게 받아들여지지 않았습니다. 아인슈타인이 양자얽힘을 ‘원격으로 이루어지는 유령의 장난(spooky actions at a distance)’이라고 폄하하듯 이야기했다는 말도 전해집니다. 하지만, 70년대 이후 많은 실험을 통해서 양자얽힘 현상은 잘못된 계산이 아니라 실제 존재하는 물리적 현상임이 밝혀졌습니다. 지금까지 많은 실험실에서 바로 옆 테이블, 옆 연구실 등으로 분리된 두 입자가 양자얽힘에 의해 순간적으로 상태를 바꾸는 것을 증명했습니다. 지난 5-6년간 각국의 연구팀들은 수 미터에서 멀리는 수십 킬로미터 간격에서 양자얽힘을 이용한 통신을 확인했습니다. 원리적으로 거리에 전혀 상관없이 정보교환이 가능함에도 불구하고 두 입자간의 간격을 늘리는 것이 힘들었던 이유는 얽힘에 의한 상태변화에 문제가 있어서가 아니라, 아주 작은 입자의 양자상태를 그대로 유지하면서 먼거리로 보내는 것 자체가 힘들기 때문입니다. 중국의 연구팀은 인공위성을 이용해 대기권밖에서 레이저를 이용해 광양자(광자, photon)를 전송함으로써 1000 km가 넘는 거리로 전송을 가능하게 한 것입니다. 

양자통신은 순간적인 정보교환이 가능하다는 것과 더불어 보안상의 엄청난 장점을 갖습니다. 양자상태라는 것은, 조금 모호하게 들릴 수 있지만, 측정과 함께 상태가 결정됩니다. 즉, 1과 0의 상태가 측정전까지는 동시에 50 퍼센트의 확률로 동시에 존재하다가 측정의 순간 1 또는 0의 결과를 보여준다는 것입니다. 더 쉽게 표현하면 측정함이 곧 결과를 결정하게 됩니다. 즉, 정보의 전달 중에 누군가가 그 정보를 해킹하려 한다면, 해킹을 하려는 시도로 인해 정보자체가 변화하고, 이미 해킹된 정보라는 것을 알 수 있게 됩니다. 그렇기 때문에, 양자 통신은 근본적으로 해킹이 불가능한 가장 안전한 정보교환방식이 될 것이라고 기대됩니다. 

중국 연구팀의 결과로 지금 바로 꿈의 양자통신의 시대가 열리는 것은 아닙니다. 연구팀의 논문에 따르면 이번 양자 전송의 성공은 약 600만개의 입자를 전송한 가운데 단 하나의 신호만이 도착한 것입니다. 아직은 확실한 성공이라고 볼 수 없는 상태입니다. 하지만, 꿈의 통신기능의 가능성을 보여준 초석과 같은 연구결과라고 할 수 있을 것입니다. 앞으로 계속 진행될 모쯔호를 이용한 실험과 다른 여러 연구팀들의 실험들을 통해 머지 않아 양자통신이 지금의 LTE 무선 통신과 같이 널리 사용되는 날이 곧 올 것이라 기대합니다. 제가 어릴 때만 해도 해외 전화통화를 하면 전파가 상대방에게 도달하는 시간을 기다려야 하기 때문에 대화중에 약간의 기다림이 항상 있었습니다. 지금의 어린 아이들은 무슨 말인지 이해가 되지 않을 것입니다. 언젠가 머지 않은 미래에는 LTE가 무엇이고, 왜 정보를 도난당할 수도 있다는 걱정을 했는지 이해하지 못하는 세대가 올 수도 있을 것입니다.  

댓글목록

등록된 댓글이 없습니다.

교육칼럼 목록

게시물 검색
Total 955건 4 페이지
교육칼럼 목록
번호 제목 글쓴이 날짜 조회
775 [민동필 박사와의 일문일답] – 지식의 재건축, 왜? 어떻게? 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 03-25 743
774 [알기 쉽게 풀어쓰는 한국사] 신라인들의 근친혼 심창섭 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 03-23 879
773 [민동필 박사와의 일문일답] – 이유와 근거로 지식의 재건축을 통한 기억력 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 03-19 778
772 [민동필 박사와의 일문일답] – 두뇌를 가두는 교수법 vs. 열어주는 교수법 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 03-10 800
771 [알기 쉽게 풀어쓰는 한국사] 바보 온달(? ~ 590) 심창섭 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 03-09 812
770 [민동필 박사와의 일문일답] – 논리적인 사고를 통해 개념을 정립하는 두뇌능력 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 03-02 868
769 [민동필 박사와의 일문일답] – 기억의 종류 그리고 기억력 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 02-24 957
768 [알기 쉽게 풀어쓰는 한국사] 김육 심창섭 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 02-23 980
767 [민동필 박사와의 일문일답] – 공부의 초석; 스스로 내리는 정의 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 02-17 880
766 [민동필 박사와의 일문일답] – 두뇌가 언어에 갇혔는지를 확인하는 방법 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 02-10 845
765 [알기 쉽게 풀어쓰는 한국사] 대동여지도 심창섭 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 02-09 1292
764 [민동필 박사와의 일문일답] – 의사소통을 위한 언어에 갇히면 이해력과 창의력은 멀어질 수밖에 없다! 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 02-02 842
763 [민동필 박사와의 일문일답] – 이해력과 사고력을 늘리는 공부 vs 지식을 익히는 공부 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 01-27 890
762 [알기 쉽게 풀어쓰는 한국사] 양명학 심창섭 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 01-25 926
761 [민동필 박사와의 일문일답] – 감정을 보면 학습능력이 보인다! 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 01-21 760
760 [민동필 박사와의 일문일답] – 정서적 안정이 공부에 미치는 영향 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 01-12 901
759 [민동필 박사와의 일문일답] – 공부를 할 준비가 되어있지 않은 두뇌 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 01-06 793
758 [민동필 박사와의 일문일답] – 떡잎부터 차이나는 공부머리! 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 12-29 883
757 [알기 쉽게 풀어쓰는 한국사] 후삼국시대-2 심창섭 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 12-28 817
756 [민동필 박사와의 일문일답] – 예습을 통해 학교 공부를 준비하는 방법 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 12-23 810
755 [민동필 박사와의 일문일답] – 학교공부의 효율을 늘리는 공부 방법 (시작) 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 12-16 838
754 [알기 쉽게 풀어쓰는 한국사] 후삼국시대-1 심창섭 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 12-15 1667
753 [민동필 박사와의 일문일답] – 지식과 개념의 차이 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 12-08 909
752 [알기 쉽게 풀어쓰는 한국사] 4대 사화 심창섭 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 12-01 1539
751 [민동필 박사와의 일문일답] – 사회가 필요로 하는 사람은 지식인이 아닌 창조적 사고능력을 지닌 사람들 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 11-30 850
750 [민동필 박사와의 일문일답] – 경쟁의 시작은 새로운 지식으로부터 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 11-25 860
749 [민동필 박사와의 일문일답] – 새로운 지식을 배워가는 공부는 미래를 보장해 줄 수 있다. 하지만, 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 11-17 941
748 [알기 쉽게 풀어쓰는 한국사] 내시 심창섭 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 11-17 1039
747 [민동필 박사와의 일문일답] – 이해를 통해 지식을 배우는 과정에는 생각이 필요하지 않다! 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 11-11 785
746 [민동필 박사와의 일문일답] – 동물의 두뇌를 벗어나지 못한 인간의 모습 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 11-04 800
745 [알기 쉽게 풀어쓰는 한국사] 칠지도 심창섭 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 11-02 1102
744 [민동필 박사와의 일문일답] – 목표의 두 종류 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 10-28 820
743 [민동필 박사와의 일문일답] – 방법을 목표로 설정한다는 것은 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 10-20 801
742 [알기 쉽게 풀어쓰는 한국사] 우리나라의 신석기 시대 심창섭 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 10-20 1021
741 [민동필 박사와의 일문일답] – 원하는 것이 목표가 된 경우의 두뇌작용 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 10-14 1042
740 [민동필 박사와의 일문일답] – 아날로그 정보처리 방식이 가진 장점 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 10-07 862
739 [알기 쉽게 풀어쓰는 한국사] 우리나라의 구석기 시대 심창섭 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 10-05 953
738 [민동필 박사와의 일문일답] – 아날로그 vs. 디지털 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 09-30 839
737 [민동필 박사와의 일문일답] – 보이는 모든 것은 허상? 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 09-25 932
736 [알기 쉽게 풀어쓰는 한국사] 목조 미륵보살 반가사유상 심창섭 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 09-21 2782
735 [민동필 박사와의 일문일답] – 5감을 통해 들어오는 정보를 있는 그대로 받아들인다는 것은 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 09-16 1005
734 [민동필 박사와의 일문일답] – 지혜의 두뇌 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 09-10 846
733 [알기 쉽게 풀어쓰는 한국사] 대지로 요를 삼고 창공으로 이불을 삼아 - 암태도 소작쟁의 심창섭 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 09-08 1122
732 [민동필 박사와의 일문일답] – 창조적 사고력을 넘어서는 인간의 두뇌능력 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 08-31 897
731 [민동필 박사와의 일문일답] – 원인과 결과는 꿰어진 구슬처럼 연결되어 있는 것 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 08-27 835
730 [알기 쉽게 풀어쓰는 한국사] 고려 불화-2 심창섭 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 08-25 1063
729 [민동필 박사와의 일문일답] – 자유에 대한 갈망 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 08-17 864
728 [민동필 박사와의 일문일답] – 인간의 삶에서 행복과 자유란? 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 08-12 1012
727 [알기 쉽게 풀어쓰는 한국사] 고려 불화-1 심창섭 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 08-10 909
726 [민동필 박사와의 일문일답] – 물질적 만족을 추구하는 사고와 정신적 만족을 추구하는 사고 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 08-08 981
725 [민동필 박사와의 일문일답] – 창조적 사고는 신개념을 만드는 두뇌능력 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 07-28 964
724 [알기 쉽게 풀어쓰는 한국사] 김생(711년 ~ 791년) 심창섭 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 07-28 1077
723 [민동필 박사와의 일문일답] – 인간의 고유함 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 07-21 998
722 [민동필 박사와의 일문일답] – 행복한 삶을 살 수 있는 두 가지 방법 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 07-15 992
721 [알기 쉽게 풀어쓰는 한국사] 삼신할머니(삼신할미) 심창섭 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 07-14 3294
720 [민동필 박사와의 일문일답] – 두 가지 종류의 행복한 삶 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 07-08 958
719 [알기 쉽게 풀어쓰는 한국사] 오리 이원익 대감 심창섭 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 06-29 1203
718 [민동필 박사와의 일문일답] – 내 삶의 주인이 된다는 것은 지도자로서의 자질을 키우는 과정 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 06-28 967
717 [민동필 박사와의 일문일답] – 타인의 판단을 받아들이는 것 vs. 내가 내리는 판단 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 06-24 1015
716 [민동필 박사와의 일문일답] – 지식에 초점을 둔 교육은 세뇌와 다르지 않아 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 06-17 1028
회사소개 신문광고 & 온라인 광고: 604.544.5155 미디어킷 안내 개인정보처리방침 서비스이용약관 상단으로
주소 (Address) #338-4501 North Rd.Burnaby B.C V3N 4R7
Tel: 604 544 5155, E-mail: info@joongang.ca
Copyright © 밴쿠버 중앙일보 All rights reserved.
Developed by Vanple Netwroks Inc.
모바일 버전으로 보기