이석형 UNIST 물리학과 교수. UNIST 제공 시간과 공간을 통합한 아인슈타인의 상대성이론처럼 양자역학에서도 시공간에 흩어진 양자정보를 효율적으로 다루는 이론을 한국 과학자들이 제시했다. 울산과학기술원(UNIST)은 이석형 물리학과 교수와 권혁준 고등과학원 계산과학부 교수 연구팀이 시공간에 흩어진 양자정보를 하나의 양자상태로 표현하고 실제 실험을 통해 측정할 수 있는 방법을 제시했다고 20일 밝혔다. 연구결과는 6월 24일(현지시간) 국제학술지 '피지컬 리뷰 레터스'에 공개됐다. 상대성이론은 시간과 공간을 시공간으로 묶어 다룬다. 빠르게 움직이면 시간이 느려지는 것처럼 시간과 공간은 서로 동시에 영향을 준다. 현대 양자역학은 시간과 공간이 분리돼 있어 보통 같은 시간, 같은 공간에서 입자들의 관계가 양자상태로 정의되고 시간은 흘러가며 변화를 일으키는 변수로 묘사된다. 시간적으로 떨어져 있는 사건이나 물질을 하나의 양자상태로 표현하기 어렵다는 단.이 있다. 양자역학과 상대성이론을 통합하려는 시도에도 걸림돌로 작용한다. 양자상태를 시간으로 확장한 시간상의 양자상태(QSOT)라는 개념이 제안됐지만 실제 측정에서는 사건의 시간 선후관계를 알아야 하는 등 한계가 있다 야마토2게임주소 . 연구팀은 간섭계 실험에서 얻는 신호로 사건의 선후관계를 모르더라도 시공간 양자상태를 하나로 재구성할 수 있다는 사실을 증명했다. 간섭계는 양자가 여러 경로를 동시에 지나는 성질을 이용해 두 경로의 차이를 신호로 읽는 측정 기술이다. 시공간적으로 떨어져 있는 두 양자역학적 사건의 인과 순서를 미리 알지 못하더라도 간섭계 실험의 측정 결과를 통해 혼합된 시공간 양자상태를 한번에 기술할 수 있다는 것이다. 연구팀은 간섭계 신호로 측정한 양자 현상에 나침반 역할을 하는 보조 수단을 추가해 시간의 흐름 방향을 명확히 구분할 수 있다는 사실도 이론적으로 입증했다. 시간 순서를 모르는 양자역학적 사건의 상관관계를 측정하는 간섭계 개략도. 연구진은 사건의 인과 순서를 미리 알지 못해도 간섭계로 양자정보를 일관되게 측정할 수 있음을 증명했다. 미래와 과거를 구분하기 어려운 시간반전 대칭 상황에서도 시간의 흐름을 판단할 기준 정보가 담긴 보조 수단을 활용해 시간 방향에 따른 차이를 측정할 수 있다는 사실을 이론적으로 입증했다. 씨엔조이게임 UNIST 제공 예를 들어 허공에 공을 던지는 장면을 영상으로 촬영한 뒤 거꾸로 재생하면 공의 궤적만으로는 공이 어느 방향에서 던져진 것인지 구별하기 어렵다. 이처럼 어떤 물리적 과정이 시간의 흐름 방향과 관계 없이 같은 법칙이 적용돼 방향을 구분하기 어려운 성질을 시간반전 대칭성이라고 한다. 만약 공에 시계를 붙여 던지면 영상 속 시곗바늘이 도는 방향을 보고 시간의 흐름을 파악할 수 있다. 겉보기에는 구별이 불가능한 양자역학적 과정에서 시간이 흐르는 방향을 알아낼 방법을 수학적으로 제시한 성과다. 이 교수는 "시간과 공간을 함께 아우르는 양자상태를 어떻게 정의하고 어떻게 측정할 수 있는지는 양자정보과학과 양자 기초론의 중요한 난제로 남아 있었다"며 "양자상태를 '측정 결과로부터 어떻게 알 수 있는가'라는 실험적 질문에 답했다는 。에서 의미 있는 성과"라고 밝혔다. 이어 "제시된 이론은 광학·응집물질·초전도 등 다양한 분야의 양자정보처리 과정을 효율적으로 표현하고 분석하는 데 활용할 수 있다"며 "양자 레이더나 입자 충돌 실험처럼 사건의 시.과 위치를 미리 알기 어려운 상황에도 적용할 수 있을 것"이라고 말했다. <참고 자료> - doi.org/10.1103/t6jg-z17r 시공간에 흩어진 양