[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 조회2,065회 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 49건 1 페이지
교육칼럼 목록
번호 제목 글쓴이 날짜 조회
49 [알기 쉽게 풀어쓰는 한국사] 동양의 파르테논, 종묘 심창섭 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 06-21 2038
열람중 [비센의 재미있는 과학 이야기] 정보 교환 수단의 미래- 양자 통신이란 무엇인가 석준영 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 06-21 2066
47 [공부 방법을 익히는 공부 방법] 육하원칙을 바탕으로 하는 질문 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 06-21 2622
46 [알기 쉽게 풀어 쓰는 한국사] 33. 조선 왕릉 심창섭 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 06-14 2764
45 [비센의 재미있는 과학 이야기] 측정의 기준-단위 석준영 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 06-14 2073
44 [공부 방법을 익히는 공부 방법] 공부의 원동력 = 호기심! 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 06-14 1634
43 엘리트 어학원 미국대학 입시 전략 설명회 및 장학생 시상식 안슬기 수습기자 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 06-14 1547
42 [비센의 재미있는 과학 이야기] 파리기후협정이 뭐길래 석준영 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 06-07 1877
41 [공부 방법을 익히는 공부 방법] 주제의 핵심요소 찾기 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 06-07 1589
40 [알기 쉽게 풀어 쓰는 한국사] 32. 한국의 전통 건축 이해하기 심창섭 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 06-07 3296
39 [알기 쉽게 풀어 쓰는 한국사 수업] 31. 고려 시대 여성의 지위 심창섭 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 05-31 4915
38 [비센의 재미있는 과학 이야기] 인공지능이 지배하는 세상을 두려워 해야 하나 석준영 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 05-31 1916
37 [공부 방법을 익히는 공부 방법] 알파고 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 05-31 1862
36 [알기 쉽게 풀어쓰는 한국사 수업] 30. 팔만대장경을 보관하고 있는 해인사 장경판전 심창섭 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 05-24 3534
35 [비센의 재미있는 과학 이야기] 우주에서 실행되는 실험들 석준영 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 05-24 3732
34 [공부 방법을 익히는 공부 방법] 듣기 훈련 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 05-24 4345
33 [공부 방법을 익히는 공부 방법] 개념을 연결하는 공부 방법 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 05-17 2401
32 [비센의 재미있는 과학 이야기] 스트레스로 인한 어지럼증 석준영 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 05-17 1845
31 [알기 쉽게 풀어 쓰는 한국사 수업] 29. 상정고금예문과 직지심체요절 심창섭 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 05-17 4862
30 [알기 쉽게 풀어 쓰는 한국사 수업] 28. 왕오천축국전 심창섭 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 05-10 4660
29 [비센의 재미있는 과학 이야기] 건강식품도 독이 될 수 있다 석준영 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 05-10 2465
28 [공부 방법을 익히는 공부 방법] 구체적인 공부 방법을 나누겠습니다! 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 05-10 1912
27 [비센의 재미있는 과학 이야기] 당신의 뇌를 깨우는 모닝커피 한 잔 석준영 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 05-03 2575
26 [알기 쉽게 풀어쓰는 한국사 수업] 27. 신라의 황룡사 9층탑 심창섭 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 05-03 3822
25 [알기 쉽게 풀어쓰는 한국사 수업] 26. 경주 석굴암 본존 불상 심창섭 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 04-26 4201
24 [민 박사의 학부모를 위한 자녀교육 길라잡이] 안 돼! 하지 마! 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 04-26 1519
23 [비센의 재미있는 과학 이야기] 음의 질량 석준영 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 04-26 4222
22 [알기 쉽게 풀어쓰는 한국사 수업] 25. 불국사 심창섭 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 04-19 2595
21 [비센의 재미있는 과학 이야기] 꿈의 소재 그래핀이 열어가는 무한한 가능성 석준영 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 04-19 4688
20 [민 박사의 학부모를 위한 자녀교육 길라잡이] 네가 알아서 해! 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 04-19 1629
19 [민박사의 학부모를 위한 자녀교육 길라잡이] 나무를 나무라고 부르는 이유 그리고 자녀교육 2 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 04-13 1454
18 [알기 쉽게 풀어쓰는 한국사 수업] 24. 신라의 건국 이야기 심창섭 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 04-13 1539
17 [알기 쉽게 풀어쓰는 한국사 수업] 23. 익산 미륵사지 석탑 심창섭 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 04-06 1665
16 [알기 쉽게 풀어쓰는 한국사 수업] 22. 백제 금동 대향로 심창섭 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 04-06 1995
15 [알기 쉽게 풀어쓰는 한국사 수업] 21. 백제의 무령왕릉 심창섭 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 04-06 1881
14 [알기 쉽게 풀어 보는 한국사 수업] 추모(주몽)의 아들 온조가 세운 세운 백제 심창섭 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 04-06 1809
13 [보석 이야기] 2016년은 로즈 골드(rose gold) 골드가 대세 !! 박한나 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 04-06 3646
12 [이근백의 캐나다 생활 이모저모] 건강하게 여행 떠나는 방법, 무엇일까요 ? 이근백 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 04-06 1793
11 [이근백의 캐나다 생활 이모저모] 곤경 처한 사람들의 다른 선택, 인간 본성에 대한 고민 다시 해 이근백 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 04-06 1906
10 [이근백의 캐나다 생활 이모저모] 한 가족된 지구촌, 은퇴 이후 삶 - 어디가 좋을까 이근백 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 04-06 1974
9 [비센의 재미있는 과학 이야기] 비활성기체 화학반응을 성공시킨 UBC 교수 석준영 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 04-06 3773
8 [비센의 재미있는 과학 이야기] 플라스틱 코드(1) 석준영 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 04-06 2422
7 [비센의 재미있는 과학 이야기] 화이트데이 아니 파이데이 석준영 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 04-06 2339
6 [비센의 재미있는 과학 이야기] 42억 8000만년 된 미생물 석준영 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 04-06 1718
5 [민박사의 학부모를 위한 자녀교육 길라잡이] 나무를 나무라고 부르는 이유 그리고 자녀교육 1 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 04-06 1483
4 [민박사의 학부모를 위한 자녀교육 길라잡이] 객관식, 주관식, 논술, 그리고 자녀교육 2 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 04-06 1863
3 [민박사의 학부모를 위한 자녀교육 길라잡이] 객관식, 주관식, 논술, 그리고 자녀교육 1 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 04-06 1636
2 [민박사의 학부모를 위한 자녀교육 길라잡이] 대학과 사회를 위한 도구로서의 나 vs 내 삶을 위한 도구로서의… 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 04-06 1689
1 [민박사의 학부모를 위한 자녀교육 길라잡이] 생활속의 자녀교육- 대학교육의 이면 민동필 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 04-06 1402
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