컴퓨팅
양자 텔레포테이션 – 사실인가 허구인가?
Securities.io를 Google의 선호 소스에 추가
양자 텔레포테이션을 위한 광섬유 사용
Global digital communication relies on the quick and efficient transfer of data at the speed of light through a complex network of optical fibers. This is acceptable for classical computing, which uses binary strings of 0 and 1.
전 세계 디지털 통신은 복잡한 광섬유 네트워크를 통해 빛의 속도로 빠르고 효율적인 데이터 전송에 의존합니다. 이는 0과 1의 이진 문자열을 사용하는 고전 컴퓨팅에 적합합니다.
하지만 양자 컴퓨팅이 암호화, 과학 연구 및 기타 응용 분야에서 일반적으로 사용되는 도구에 점점 가까워짐에 따라, 한 양자 컴퓨터에서 다른 양자 컴퓨터로 양자 데이터를 전송하는 방법에 대한 질문이 제기됩니다.
오랫동안 이것은 거의 불가능하다고 여겨졌습니다. 각 양자 컴퓨터는 서로 격리된 상태에서 작동하도록 예정되어 있어 그 잠재력이 제한되었습니다.
이는 기술 산업이 해결해야 할 중요한 문제로 빠르게 부상하고 있습니다, 특히 새로운 확장 가능한 양자 칩 설계가 방금 공개되었습니다.
따라서 이는 노스웨스턴 대학교, 시에나 코퍼레이션, 그리고 NuCrypt LCC 연구원들이 발견한 중요한 디딤돌입니다: 양자 상태가 “일반” 데이터 스트림과 함께 광섬유에서 보존되고 전송될 수 있습니다.
그들은 Optica에 결과를 발표했으며, 제목은 “광섬유에서 고전 통신과 공존하는 양자 텔레포테이션1“입니다.
양자 텔레포테이션
과학 소설 영화에서 나올 법한 환상적인 개념처럼 들릴지 모르지만, 양자 텔레포테이션은 실제로 수십 년간 연구되어 온 현상입니다.
이는 두 개의 서로 다른 입자가 “쌍을 이루거나 결합”될 때 발생하며, 이를 양자 얽힘이라고 합니다.
이 경우 두 입자가 연결되면, 그 사이 거리와 관계없이 먼 거리에서도 정보를 교환합니다 — 물리적으로 운반되지 않고. 경우에 따라서는 정보 교환이 빛의 속도보다 빠르게 일어날 수도 있는데, 이는 이론적으로 불가능한 것으로 여겨집니다.
그 작동 원리와 우리 현실의 근본적인 측면에 대한 의미는 아직도 양자 물리학자들 사이에서 활발히 논쟁되고 있습니다. 그러나 우리는 이것이 매우 실제적이고 측정 가능한 양자 효과이며, 완벽하게 보안된 즉각적인 통신을 가능하게 할 수 있다는 것을 알고 있습니다.
근본적으로 다른 통신
움직이는 건초 더미 속의 바늘
지금까지는 광섬유를 통해 양자 상태가 전송될 수 없다고 가정되었습니다. 개별 얽힌 광자는 함께 이동하는 수십억 개의 다른 광자에 끌려가 고유한 양자 상태를 잃게 되기 때문입니다.
“두 광자—하나는 양자 상태를 가지고, 다른 하나는 또 다른 광자와 얽혀 있는—에 파괴적인 측정을 수행함으로써, 양자 상태가 남은 광자에 전송됩니다. 이 광자는 매우 먼 거리에도 있을 수 있습니다.
광자 자체가 장거리로 전송될 필요는 없지만, 그 상태는 여전히 먼 거리의 광자에 인코딩됩니다. 텔레포테이션은 정보 자체가 그 거리를 이동하지 않아도 먼 거리에서 정보 교환을 가능하게 합니다.
Jordan Thomas – Ph.D. at Northwestern University.
핵심 통찰은 광섬유 내에 양자 얽힘을 방해하지 않는 특정 조건이 존재하는지를 측정하는 것이었습니다.
광섬유 케이블 내에서 빛이 어떻게 산란하는지에 대한 심층 연구를 수행한 후, 연구원들은 광자를 배치할 덜 혼잡한 파장인 1290nm 양자 채널을 발견했습니다. 이후 일반 인터넷 트래픽에서 발생하는 잡음을 줄이기 위해 특수 필터를 추가했습니다.
물론, 이것은 쉬워 보이지만 실제 실험 설정은 결코 간단하지 않았으며, 발표된 과학 논문은 전체 실험이 얼마나 복잡했는지를 엿볼 수 있게 해줍니다:
출처: Optica
새로운 통신
광섬유가 A 지점에서 B 지점으로 광자를 전달하듯이, 이미 광자들이 양자 상태를 운반할 수 있다는 것이 알려져 있었습니다. 그러나 이번이 비양자 데이터와 동시에 양자 상태가 전달될 수 있음을 처음으로 입증한 사례입니다.
이는 기존에 수백만 개의 광자를 사용하는 방식과 달리, 한 번에 단일 광자에 의존하는 매우 다른 정보 전송 과정이 진행되고 있음을 의미합니다.
“광통신에서는 모든 신호가 빛으로 변환됩니다. 고전 통신을 위한 기존 신호는 일반적으로 수백만 개의 광 입자로 구성되지만, 양자 정보는 단일 광자를 사용합니다.”
Pr Prem Kumar – Director of the Center for Photonic Communication and Computing at Northwestern University
초기 프로토타입에서 더 큰 야망으로
더 많은 광섬유
첫 번째 테스트는 30km(18.6마일) 길이의 광섬유에서 고속 인터넷 트래픽이 통과하는 상태로 수행되었습니다.
연구원들의 다음 단계는 훨씬 더 긴 거리에서 실험하여 이 새로운 원거리 통신 방법을 얼마나 멀리까지 확장할 수 있는지 확인하는 것입니다.
지금까지는 실험실 전용 광섬유로만 진행되었습니다. 또 다른 테스트 세트는 실제 지중 광케이블을 사용하여 기존 전 세계 인터넷 광섬유 네트워크와 얼마나 잘 작동하는지 실험할 예정입니다.
양자 응용 확대
진행 중인 조사에서 또 다른 부분은 한 쌍이 아닌 두 쌍의 얽힌 광자를 사용하는 것입니다. 이는 ‘얽힘 스와핑’이라고 불리는 또 다른 양자 현상이 어떻게 일어나는지 확인하게 됩니다.
얽힘 스와핑은 두 번째 입자 쌍이 전혀 상호작용한 적이 없더라도, 한 입자 쌍에서 다른 입자 쌍으로 양자 얽힘을 전송하는 프로토콜입니다.
이는 잠재적인 미래 양자 통신을 위한 중요한 추가 도구이며, 양자 네트워크와 같은 분산 양자 응용을 가능하게 합니다. 이러한 네트워크는 장거리에서 양자 정보를 안전하게 전송할 수 있도록 지원할 수 있습니다.
“양자 텔레포테이션은 지리적으로 먼 노드 간에 양자 연결성을 안전하게 제공할 수 있는 능력을 가지고 있습니다. 그러나 많은 사람들은 빛 입자를 전송하기 위한 특수 인프라를 구축하는 사람은 없을 것이라고 오랫동안 가정해 왔습니다.
If we choose the wavelengths properly, we won’t have to build new infrastructure. Classical communications and quantum communications can coexist.”
Pr Prem Kumar – Director of Center for Photonic Communication and Computing at Northwestern University
이는 입자 쌍 사이의 스와핑된 얽힘을 활용함으로써, 도청에 대비한 안전한 암호화 키를 생성할 수 있기 때문에 양자 기반 암호화에 큰 도약이 될 것입니다.
또 다른 효과는 양자 리피터라 불리는 방법을 통해 초장거리 양자 상태 전송을 가능하게 하는 것입니다. 정기적으로 얽힘 스와핑을 수행함으로써 양자 상태를 “갱신”하고 장거리에서 데이터 손실을 방지할 수 있습니다.
양자 컴퓨팅에 투자하기
양자 컴퓨팅은 아직 신흥 분야이지만, 투자자들은 이미 이를 개발하는 기업을 통해 접근할 수 있습니다.
여러 중개인을 통해 양자 관련 기업에 투자할 수 있으며, 여기 securities.io에서 미국 미국, 캐나다 캐나다, 호주 호주, 영국 영국, 및 기타 여러 국가에 대한 최고의 중개인 추천을 찾을 수 있습니다.
특정 양자 컴퓨팅 회사를 선택하고 싶지 않다면, Defiance Quantum ETF (QTUM)와 같은 양자 컴퓨팅 ETF를 살펴볼 수 있으며, 이는 양자 컴퓨팅 산업에 대한 보다 다양화된 노출을 제공할 것입니다.
양자 컴퓨팅에 대해 자세히 알아보려면 “양자 컴퓨팅의 현재 상태”와 섹터 내 최대 기업을 다룬 “최고 5개 양자 컴퓨팅 기업” 및 “상위 10개 비실리콘 컴퓨팅 기업”에서 확인하십시오.
양자 컴퓨팅 기업
1. Alphabet Inc.
GOOGL 가격 차트
Google은 주로 Google Quantum AI 연구소와 산타바바라에 위치한 Quantum AI 캠퍼스를 통해 양자 컴퓨팅에 매우 활발히 참여하고 있습니다.
Google의 양자 컴퓨터는 2019년에 Sycamore 머신으로 “양자 우위”를 달성했다고 주장하며 역사를 만들었습니다. 이 머신은 200초 만에 계산을 수행했으며, 이는 기존 슈퍼컴퓨터가 10,000년이 걸릴 작업이었습니다.
이는 이제 그 최신 칩의 성능, 이름은 Willow에 의해 압도됩니다. 이것은 오류율이 충분히 낮은 최초의 양자 컴퓨팅 칩으로, 큐비트를 추가할수록 오류가 감소합니다. 이는 최초의 확장 가능한 양자 칩 설계입니다.
하지만 Google의 가장 큰 기여는 소프트웨어 분야일 수도 있습니다. 이 분야에서 Google은 인상적인 실적을 가지고 있으며, 실제로 하드웨어(검색, G Suite, Android 등)보다 더 뛰어납니다.
이미 Google의 Quantum AI는 과학자들이 양자 알고리즘을 개발하도록 돕는 소프트웨어 모음을 제공하고 있습니다.
It also openly advocates for “researchers, engineers, and developers to join us on this journey by checking out our open source software and educational resources, including our new course on Coursera, where developers can learn the essentials of quantum error correction and help us create algorithms that can solve the problems of the future.”를 한국어로 번역하면: “연구원, 엔지니어 및 개발자 여러분이 우리의 여정에 동참하여 우리 오픈 소스 소프트웨어와 교육 자료, 여기에는 우리 Coursera의 새로운 코스가 포함됩니다, 개발자들이 양자 오류 정정의 핵심을 배우고 미래 문제를 해결할 알고리즘을 만드는 데 도움을 줄 수 있습니다.”
이러한 개방적 접근 덕분에 Google은 하드웨어와 클라우드 솔루션 모두에서 선두를 달리고 있습니다. Google은 양자 컴퓨팅 소프트웨어와 양자 프로그래밍의 표준을 정하는 기업 중 하나가 될 수 있으며, 이는 분야의 미래 발전을 주도할 특권적인 위치를 제공합니다.
한편, Waymo의 자율주행차를 포함한 AI 솔루션은 여전히 검색 및 광고 산업에서 압도적인 위치를 차지하고 있는 Alphabet (GOOG ) 의 새로운 수익 동력이 될 수 있습니다.
Google의 비양자 관련 활동, 특히 광고와 AI에 대해 자세히 알아보려면 2024년 12월에 발행된 전용 보고서에서 확인하십시오.
2. Ciena Corporation
CIEN 가격 차트
광섬유에서 양자 텔레포테이션을 입증한 연구 프로젝트의 파트너인 Ciena Corporation은 광 및 라우팅 시스템, 서비스, 자동화 소프트웨어 분야의 글로벌 리더입니다.
Ciena는 광 시장에서 중국을 제외한 세계 최대 기업으로, 시장의 25% 이상을 장악하고 있으며 70개국에 진출해 있습니다.
출처: Ciena Corporation [securities_stock_price_tag symbol="CIEN" exchange="NYSE"]
회사는 AI 애플리케이션에 대한 수요에 의해 향후 4년간 대역폭 수요가 급증할 것으로 보고 있습니다.
이는 회사가 광 네트워크에서의 강력한 입지를 활용해 AI 붐과 관련된 새로운 시장으로 확장하도록 촉구했으며, 특히 많은 AI 애플리케이션이 새로운 지역 데이터 센터를 필요로 하고, 프라이버시 및 국경 간 데이터 흐름에 관한 법률, 그리고 분산형 데이터 센터의 등장으로 인해 더 많은 광 네트워크 용량이 필요합니다.
기존 광섬유 네트워크가 양자 데이터 전송에 사용 가능하다는 것이 입증된다면, 이는 광 네트워크 산업에 새로운 급성장 부문이 될 수 있습니다. 이는 AI 애플리케이션으로 인한 이미 급증한 수요에 이어 양자 컴퓨팅이 큰 활력을 줄 것이므로, 해당 부문의 미래를 더욱 밝게 만들 것입니다.
연구 참고:
1. Thomas, J. M., Yeh, F. I., Chen, J. H., Mambretti, J. J., Kohlert, S. J., Kanter, G. S., & Kumar, P. (2024). Quantum teleportation coexisting with classical communications in optical fiber. Optica, 11(12), 1700–1707. https://doi.org/10.1364/OPTICA.11.001700
