양자과학기술의 세계

안녕하십니까. 한량나그네입니다.
오늘은 양자과학기술의 세계에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 
양자란 아주 작은 에너지 덩어리로 동시에 두 가지 성지를 가지고 있습니다. 하나는 '입자'처럼 작고 분리된 모습이고, 또 하나는 '파동'처럼 퍼져나가는 모습으로 이것이 바로 양자의 독특한 점입니다.
 
이러한 이유로 발생한 잘못된 오해 중 하나는 양자를 단순히 '작은 입자'로만 생각하는 것이지만 실제로 양자는 입자와 파동의 특성을 동시에 가지고 있는 것입니다.
 

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양자역학

 
 
양자역학은 이런 양장의 특성을 설명하는 학문으로 양자가 어떻게 움직이고 다른 물질과 어떻게 상호작용하는지를 연구합니다.
 
양자역학은 눈에 보이지 않는 아주 작은 세계의 법칙을 다루기 때문에 어렵게 느껴질 수 있는데, 양자 세계의 법칙은 원자보다도 작은 100 나노미터 이하의 단위에서 관측되는 운동법칙을 따르기 때문입니다.
 

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양자과학기술

 

 
양자과학기술은 양자의 얽힘과 중첩 같은 특성을 활용하여 혁신적인 기술로 컴퓨팅, 통신, 센서 등의 정보기술에 적용되고 있습니다
이를 통해 기존 기술의 한게를 뛰어넘는 초고속 연산, 초신뢰 통신, 초정밀 계측을 가능하게 할 수 있을 것으로 보입니다.
 
양자과학기술은 기존 기술로는 불가능하거나 이론적 한계에 도달한 기술을 구현할 수 있습니다.
특히 첨단 산업과 국방 영역에서 큰 영향력을 미칠 것으로 보이며, 양자 컴퓨팅을 통해 기존 컴퓨터로는 불가능한 초고속 연산이
가능해지고, 양자 통신을 통해 완벽한 보안 통신이 실현되며, 양자 센서를 통해 100배 이상 정밀한 계측이 가능할 것입니다.

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양자 용어 정리

 
양자의 이중성 - 양자현상이 나타나는 미시 세계에서는 일반적으로 느끼는 물리법칙과는 다르게 두 가지 성질을 동시에 가진 존재가 될 수 있다. 즉 입자의 성질과 파동의 성질을 함께 가지고 있는데, 측정 방법에 따라 그 성질이 결정된다.
 
양자의 불연속성 - 아주 작은 미시 세계에서는 에너지가 불연속적이다. 만약 에너지가 물이라면, 강처럼 흐르는 것이 아니라 빗방울처럼 단절되어 있다.
 
불확정성 원리 - 입자의 위치와 운동량을 동시에 정확히 측정할 수 없다는 원리. 위치와 운동량을 동시에 정확하게 측정하는 것에 한계가 있다는 의미로 위치를 정확히 측정하면 운동량은 상대적으로 덜 정확하게 측정될 수 밖에 없다.
 
얽힘 - 한 쌍의 얽힌 양자는 멀리 떨어져 있어도 얽힌 상태를 유지하는데, 이 중 하나를 관측해 상태가 정해지면, 다른 하나의 상태도 정해진다. 두 입자가 아무리 멀리 떨어져 있더라도, 수백광년 떨어진 다른 은하에 있더라도 이 결정은 동시에 이루어진다.
 
중첩 - 물리적인 상태가 한가지 상태로 결정된 것이 아니라 여러 가지 상태가 동시에 존재하는 현상, 양자는 관측되기 전까지는 상태를 알 수 없고, 확률적으로 모두가 존재하는 것이 가능하다. 디지털 정보는 2진법고 0과 1 가운데 한 상태만을 가졌지만, 양자는 0과 1이 동시에 존재할 수 있다.
 
복제 불가 - 양자의 형태 뿐만 아니라 시간, 위치 등 모든 정보를 똑같이 복제, 복사, 증폭할 수 없다는 원리 불확정성 원리에 의해 양자의 모든 정보를 정확하게 측정할 수 없고, 그렇기 때문에 복제가 불가능하다. 만약 양자 상태를 복사할 수 있으면 양자역학이 틀린 것이 되어 버린다.
 
큐비트 - 양자정보기술의 기본 정보 단위 현재 사용되는 디지털 컴퓨터에 비트가 있다면 양자컴퓨터에는 큐비트가 있다.
양자컴퓨터의 큐비트 수를 n개로 늘리면 한번에 처리할 수 있는 정보의 양이 2n개로 늘어난다.
 
양자 우위 - 양자의 특성을 이용하여 기존 기술의 한계를 넘어서는 성능을 실현하는 것을 말한다. 양자컴퓨터의 경우 양자 우월성의 기준은 현존하는 슈퍼컴퓨터의 능력이고, 양자센서는 기존 고감도 센서의 잡음 한곗값이 기준이 될 것입니다.
 

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오늘은 양자역학의 의미와 기본 용어에 대해서 알아보았습니다.
다음 글은 양자 기술의 혁신이라는 주제로 정보글을 작성해보도록 하겠습니다.