양자역학 #2

우리가 흔히 말하는 도플갱어는 뭘까?

 

보통 우리는 도플갱어를 어떻게 정의했는가?

나와 똑같은 존재. 마주치면 둘 중 하나는 죽는다. 어디서든 존재할 수 있다. 등등 다양한 조건부가 붙는다.

우리는 양자역학을 배우고 왔기 때문에 이 허무맹랑할 것 같았던 도플갱어라는 개념이 이제는 이해가 조금은 가야한다.

 

즉 도플갱어는 이중슬릿을 동시에 통과해 간선무늬가 나온 파동 도플갱어이다.

그러나 관측되어 입자로 붕괴되는 순간 한쪽만 남기고 다 사라진다.

전세계 어디서나 확률적으로 존재하는 금희준 중 한국의 금희준을 문병석이 관측하게 되면,

일본 독일 영국에 존재하던 파동 금희준은 사라지게 되고 한국의 금희준은 입자로 붕괴되어 입자로써 존재하게 된다.

 

양자역학은 상대성 이론에 위배된다.

양자역학의 반대파인 포돌스키, 로젠, 아인슈타인은 '물리적 실재의 양자역학적 기술은 완전하다고 볼 수 있는가?' 라는 EPR논문을 낸다.

 

이 논문의 요점은 관측하는 순간 정보가 결정된다라는 전제를 비판하며 '양자역학은 허상이다'라는 뜻이다.

 

예를들어 종이 두장에 숫자를 쓰고 각자 한장씩 가진다.

이 수의 합은 10이다.

라고 정의 했을 때 내가 가진 종이에 3이 나왔다면, 그 순간 상대방의 종이에 있는 숫자를 관측하지 않아도 7이라는 결과값을 얻게 된다.

양자역학의 논리대로라면 나는 지구에서 종이를 가지고 있고, 250만 광년이 떨어진 안드로메다에서 상대방이 종이를 가지고 있을 때,  내가 가진 종이를 펼쳤을 때 3이 나왔다면, 상대방 종이에 있는 숫자는 7이라는 정보가 결정이 되면 안된다.

 

왜냐? 거리가 250만 광년이 떨어져 있기 때문에 정보가 결정이 된다는 것은 빛보다 빠르게 결정이 되어야 하는데, 이는 아인슈타인의 상대성 이론에 위배되는 법칙이기 때문이다.(세상에 빛보다 빠른건 없다.)

즉 상대성 이론을 부정하는 양자역학은 말이 안된다 라고 했다.

 

그러나 2015년 10월 실험을 통해 양자얽힘이라는 개념이 등장한다.

예시로 하나를 내리면 다른 하나는 무조건 올라간다. 이게 빛보다 빠르게 결정이 됐다라는 것이다.

다만 증명한 학자들 조차 그 이유를 모른다.

 

아무튼 이런 개념이 등장했었는데 뭐 양자세계니까 위낙 작아서 그럴 수 있다라고 생각했었다.

그런데 몇달 전 두개의 원형 알루미늄 조각 사이에서 양자얽힘현상을 증명한 논문이 나왔다.

이 알루미늄 조각의 크기는 머리카락 두께의 5분의 1이다.

양자역학 세계 즉 미시적 세계라고 생각했던 개념을 거시 세계에서 구현에 성공한 것이다.

이제 불확정성의 논리도 돌파구가 생기지 않을까?가 되었다.

2009년 아미노산으로 만든 생체 분자를 통해서도 간선무늬를 만드는걸 증명했다.

 

양자컴퓨터의 등장

양자역학이 현실세계에 등장하며 불가능하다고 생각했던 양자컴퓨터가 등장한다.

구글에서 2019년 시카모어라는 소프트웨어에 양자역학이 들어간 컴퓨터를 개발했다.

그리고 10년안에 양자 컴퓨터를 상용화하겠다고 발표했다.

 

재밌는건 컴퓨터에는 반도체가 있기 때문에 이미 양자역학의 개념이 들어있다.

스위치의 on off 기능을 조절하는 아주 작은 칩을 조정해서 컴퓨터가 여러 전기신호를 통해 만들어낸다.

양자역학은 하드웨어에만 존재하고 소프트웨어에는 존재하지 않는다.

그리고 현재 컴퓨터의 연산 방식은 너무 고전적이다.

모든 정보를 0과 1로 표현해서 계산을 통해 문제를 풀고 있다

.

예를 들어 미로에 길이 100개가 있다.

가장 빠른 탈출 경로를 찾아라 라고 했을 때, 현재 컴퓨터는 1부터 100까지의 모든 경우의 수를 매우 빠른 속도로 이동해  최단 시간이 걸린 경우를 찾는다.

1번 10초, 2번 13초, 3번 11초... 67번 7초, 68번 12초 ... 100번 13초. 가장 빠른건 67번입니다. 끝. 이런식이다. 

 

그러나 양자컴퓨터는 중첩의 개념이기 때문에 100개의 경로를 중첩되어 있는 상태로 이동한다.

1번부터 100번까지 동시에 이동 후 가장 빨리 도착한 최단 경로를 도출하자마자 나머지 정보값은 종료시킨 후 67번입니다. 끝. 이 되버린다.

최단 경로가 가장 먼저 도착하기 때문에, 최단 경로에 도착 시 최단 경로를 출력하고 종료된다.

근데 이 미로의 길이 1억개라면? 조 단위라면? 물론 양자 컴퓨터의 계산방식은 예시와 다르게 매우 복잡한 로직이겠지만 이런 형태로 계산이 가능하다면 양자 컴퓨터의 속도는 어마무시할 것이다.

 

다만 계산법이 조금 어려운게 이 모든 계산이 1과0이 아닌 1과0이 중첩된 계산이 이루어져야 한다.

중첩된 형태를 붕괴되지 않고 유지해야 하는데 이게 너무 어렵기 때문에 유의미하게 중첩시키기는 쉽지 않을 것이다라고 학자들이 얘기를 했지만 이걸 2019년 구글에서 만들어버렸다.

양자컴퓨터는 이론상으로 가능하지만 현실적으로 불가능하다 가 국룰이었으나 21세기에 등장해버렸다.

 

양자역학의 '관측하는 순간 붕괴된다.' 라는 개념을 정보보안에 접목시킨다면?

 

예를들어 서버의 데이터를 클라이언트에게 보낸다.

해커가 MITM을 통해 관측을 한다면? 스니핑, 혹은 스푸핑을 하는 동시에 붕괴되어 버린다.

원천적으로 해커가 해킹할 수 없는 형태의 보안 체계가 형성이 될 수 있다.

그래서 나온게 양자 암호통신이고 이미 상용화되어 군에서 사용중이라고 한다.

 

'신은 주사위를 던지지 않는다' 라는 말까지 하며 아인슈타인은 양자역학이라는 학문을 싫어했다.

 우주의 모든 사건은 우연이 아니라 결정론에 의해 조절된다는 의미로, 이해되지 않는 학문은 학문으로써 실격이라고 생각했기 때문이다.

 

그러나 현대 물리학자들은 인간의 지능은 한계가 있다고 생각하기 때문에, 이해여부는 중요하지 않고 수학적으로 막힘없이 연결이 되고 실험적으로 증명할 수 있으면 어찌되든 상관없다라고 한다.

아인슈타인은 양자역학을 이해할 수 없었기에 반대했지만 물리학자들은 수학적으로 기술이 됐고 실험적으로 증명이 됐으므로 문제가 없다는 것이다.

 

아마 아인슈타인은 너무 똑똑하기 때문에 본인이 이해하지 못하는 학문을 부정한 것이 아닐까 싶다..

 

한편으로는 아인슈타인과 폰 노이만 같은 역사상 최고의 천재들이 100세까지 살았다면 현대 문명은 또 얼마나 발전했을까 하는 아쉬움이 있다.