양자 암호 통신 편집하기 (부분)

경고: 로그인하지 않았습니다. 편집을 하면 IP 주소가 공개되게 됩니다. 로그인하거나 계정을 생성하면 편집자가 사용자 이름으로 기록되고, 다른 장점도 있습니다.

= 양자전송(Quantum Teleportation) =

양자전송(quantum teleportation)이란 한쪽 양자 상태의 정보를 떨어져 있는 다른 장소로 옮기는 기술을 말한다. 양자 전송을 통하여 송수신자는 양자 통신 채널 없이도 정보를 전달할 수 있다. 양자전송은 [[양자 중계기(quantum repeater)]]와 같은 통신 수단의 기초가 되는 중요한 기술 중 하나이다. 다음의 예시<ref name=Nielsen>M. A. Nielsen & I. Chuang, Quantum Computation and Quantum Information (Cambridge University Press, 2002).</ref>를 통하여 양자전송에 대하여 간단히 설명한다.

[[File:Quantum teleportation 수정.png|none|thumb|500px|그림 3. 양자전송 개요도. 위의 두개 선은 Alice의 상태, 가장 아래 선은 Bob의 상태를 나타낸다. Alice와 Bob 사이의 얽힘 상태 $$\left| \psi^{+} \right\rangle$$를 활용하여, 임의의 큐비트 상태 $$\left| \psi \right\rangle$$에 대한 정보가 Bob에게 전송된다. --> 그림 수정필요 : Alice의 상태 확인결과에 따른 피드 포워드 작용이 추가되어야 함.
]]통신자 Alice와 Bob이 초기에 서로 간 벨 상태 $$\left| \psi^{+} \right\rangle= (|00\rangle + |11\rangle)/\sqrt{2}$$를 생성하고, 멀어진 상황을 가정하자. 양자전송은 초기에 공유한 양자 상태와 추가적인 고전 통신을 사용하여 Alice가 자신도 정확히 알지 못하는 임의의 큐비트 상태 $$\left| \psi \right\rangle =\alpha\left| 0 \right\rangle + \beta\left| 1 \right\rangle$$ 를 Bob에게 전송하는 것을 가능케 한다. 위 그림의 [[양자 회로]]를 통하여 양자전송의 과정을 보다 구체적으로 설명할 수 있다.

Alice가 초기에 가진 상태는 $$\left| \psi_0 \right\rangle = \left| \psi \right\rangle \left| \psi^{+} \right\rangle$$이다. 이제 Alice가 자신이 가진 큐비트들을 CNOT 게이트에 통과시킨 후 첫번째 큐비트 $$\left| \psi \right\rangle$$만 하다마드 게이트(hadamard gate)에 통과시킨다. 최종적인 상태는 다음과 같다.

\[\left| \psi' \right\rangle= \frac{1}{2}\lbrack |00\rangle(\alpha\left| 0 \right\rangle + \beta\left| 1 \right\rangle) + \left| 01 \right\rangle\left( \alpha\left| 1 \right\rangle + \beta\left| 0 \right\rangle \right) + \left| 10 \right\rangle\left( \alpha\left| 0 \right\rangle - \beta\left| 1 \right\rangle \right) + |11\rangle(\alpha\left| 1 \right\rangle - \beta\left| 0 \right\rangle) \rbrack\]

Alice는 자신의 가진 [[큐비트]]들을 A1, A2 측정을 통해 측정한다. 측정 결과는 00, 10, 01, 11의 총 네 가지 경우의 수가 나올 수 있으며, 그 때마다 Bob이 얻게 되는 상태도 결정된다. 최종적으로 Bob은 Alice에게 고전 채널을 통해 전달받은 측정 정보에 따라 자신이 가진 벨 상태의 큐비트에 적절히 상태 보정 작업을 수행하여 Alice가 보내고자 한 $$\left| \psi \right\rangle$$ 상태를 얻을 수 있다. 그림의 개요도 상 B 게이트는 Bob이 A1이나 A2 측정 결과에 따라 수행해야 할 [[양자 게이트]]를 나타낸다. Bob이 Alice로부터 00의 정보를 얻게 된다면, Bob의 상태는 이미 $$\left| \psi \right\rangle$$와 동일하므로 아무런 작업을 수행하지 않아도 된다. Bob이 01, 10, 11의 측정 결과를 전송받은 경우, 각각 X 게이트, Z 게이트, ZX 게이트에 해당하는 양자 연산을 수행하여 받고자 하는 $$\left| \psi \right\rangle$$ 상태를 구할 수 있다.

양자전송은 마치 상대성 이론을 위배하는 것처럼 보일 수 있다. 상대론에 의하면 정보는 빛보다 빠르게 전달될 수 없으나, 양자전송에서 [[큐비트]]는 Alice에게서 Bob으로 순간적으로 전송되는 것처럼 보이기 때문이다. 그러나 상기한 바와 같이 Alice와 Bob은 반드시 고전 채널을 통해 정보를 전달을 해야 하며, 이로 인해 빛보다 빠르게 양자전송을 수행할 수 없다. 양자전송은 양자 채널을 통한 단일 [[큐비트]] 통신을, [[얽힘 상태]]의 공유와 고전 통신의 이용의 조합으로 대체할 수 있음을 보여줄 뿐이다. 또 한 가지 유의해야 할 점은 양자전송이 양자정보 이론의 “복제-불가능 정리”를 위배하지 않는다는 사실이다. 위의 양자전송 시나리오에 따르면 전송의 결과로 Bob에게만 $$\left| \psi \right\rangle$$ [[큐비트]]가 존재하고 Alice가 갖고 있던 [[큐비트]]는 측정에 의해 $$\left| 0 \right\rangle$$또는 $$\left| 1 \right\rangle$$상태로 투영되기 때문이다. 양자전송에 관한 연구는 해당 개념이 1993년 처음 제안된 이후로<ref name=Bennett>C. H. Bennett ''et al.'', Teleporting an unknown quantum state via dual classical and Einstein-Podolsky-Rosen channels, Physical Review Letters '''70(13)''', (1993), doi : 10.1103/PhysRevLett.70.1895.</ref>, 주로 광자의 큐비트 상태 전송을 통해 실험되어왔다. 2019년에는 광자의 3차원 상태를 양자전송한 실험 결과가 최초로 보고되었다<ref name=Luo>Y. H. Luo ''et al.'', Quantum teleportation in high dimensions, arXiv:1906.09697.</ref>.

요약:

한국양자정보학회 위키에서의 모든 기여는 다른 기여자가 편집, 수정, 삭제할 수 있다는 점을 유의해 주세요. 만약 여기에 동의하지 않는다면, 문서를 저장하지 말아 주세요.
또한, 직접 작성했거나 퍼블릭 도메인과 같은 자유 문서에서 가져왔다는 것을 보증해야 합니다(자세한 사항은 한국양자정보학회 위키:저작권 문서를 보세요). 저작권이 있는 내용을 허가 없이 저장하지 마세요!

취소 편집 도움말 (새 창에서 열림)

원본 주소 "https://wiki.qisk.or.kr/양자_암호_통신"

양자 암호 통신 편집하기 (부분)

둘러보기 메뉴

검색