양자 순간이동은 단순한 공상과학 소설이 아닙니다. 그것은 전적으로 현실이며 오늘날 실험실에서 일어나고 있습니다. 그러나 양자 입자와 정보를 순간이동시키는 것은 우주를 통해 사람들을 전송하는 것과는 거리가 멀다. 어떤 면에서는 더욱 놀라운 일입니다.

존 프리 스킬캘리포니아 공과대학의 이론물리학자인 그는 양자컴퓨팅과 정보 분야의 선도적인 이론가 중 한 명입니다. 이번편에서는 공동 진행자로 잔나 레빈 얽힘, 해안에서 해안으로 비트 순간 이동, 양자 기술의 혁명적인 약속에 대해 인터뷰합니다.

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성적 증명서

J안나 레빈: 순간이동이라는 단어를 말하면 무엇이 떠오르나요? 어쩌면 그 사람이 보낸 수송기일지도 몰라 스타 트렉 즉시 승무원을 행성으로 전송하거나 시간 여행을 하는 TARDIS를 전송합니다. 닥터. SF에서 순간이동은 여행 중에 시간을 낭비하지 않고 사람들을 한 장소에서 다른 장소로 이동시키는 편리한 장치입니다.

그런데 양자 순간이동? 글쎄, 그것은 극적으로 다른 것이며 완전히 현실입니다.

저는 Janna Levin입니다. 이 팟캐스트는 'The Joy of Why'입니다. Quanta Magazine, 공동 진행자와 차례로 마이크를 잡고, 스티브 스트로가츠, 오늘날 수학과 과학의 가장 큰 질문 중 일부를 탐구합니다.

양자 순간이동은 그 사이를 이동하지 않고도 한 위치에서 사라지고 다른 위치에 나타날 수 있는 힘입니다. 비록 우리가 영화와는 결코 일치하지 않을 수도 있지만 기술은 통신, 컴퓨팅 및 우리 주변 세계에 대한 이해에 혁명을 일으킬 가능성이 높습니다.

오늘 우리는 양자 순간이동 분야의 선도적인 전문가 중 한 명과 합류했습니다. 존 프리 스킬 캘리포니아 공과대학의 이론물리학 교수이자 양자정보물질연구소의 창립자이자 현재 리더십 의장입니다. 그의 연구는 입자 물리학, 양자장 이론, 초기 우주와 블랙홀의 양자 측면을 탐구했습니다. 그의 현재 작업은 이 연구를 양자 컴퓨팅 및 정보의 다루기 힘든 문제에 적용합니다. John, 'The Joy of Why'에 오신 것을 환영합니다.

존 프레스킬: 여기 있어서 기뻐요, 잔나.

번갯불: 만나서 반갑습니다. 저는 이 믿을 수 없을 정도로 기술적인 주제에 대해 자세히 설명하고 싶지만 먼저 핵심 개념 중 하나인 얽힘에 대한 생각, 양자 얽힘?

프리스킬: 음, 얽힘은 우리가 양자 시스템의 부분들 사이의 특징적인 상관 관계에 사용하는 단어입니다.

우선 상관관계란 무엇을 의미하는가? 일반 비트의 상관관계에 대해 이야기할 수 있습니다. 0 또는 1인 비트가 있다고 가정해 보겠습니다. 그리고 나에게는 0 또는 1인 비트가 있습니다. 그러면 우리 둘 다 0이거나 1이면 이것이 비트 사이의 상관 관계입니다.

큐비트의 경우 비슷한 방식으로 상관될 수 있습니다. 큐비트를 관찰하거나 측정할 때 약간의 양자 아날로그 — 우리는 조금 얻습니다. 그러나 양자 사례의 차이점은 큐비트를 보는 방법이 두 가지 이상이라는 것입니다.

그러니 안에 조금 들어있는 상자라고 생각하시면 됩니다. 그 안에는 0이나 1이 있습니다. 그리고 상자 안을 보는 두 가지 방법이 있습니다. 문이 두 개 있어요. 나는 1번 문을 열 수도 있고, 2번 문을 열 수도 있습니다. 그리고 어느 쪽이든 조금씩 보입니다.

그리고 우리는 두 가지 방법 모두에 대해 상관 관계를 가질 수 있습니다. 우리 둘 다 1번 문을 열면 당신이 획득한 비트와 내가 획득한 비트 사이에 어떤 상관관계가 있음을 알 수 있습니다. 그리고 우리 둘 다 2번 문을 열면 일반적으로 다를 수 있는 상관 관계를 볼 수 있습니다.

그리고 큐비트를 보는 이러한 여러 가지 보완적인 방법이 있기 때문에 일반적인 비트 간의 상관 관계보다 더 흥미롭고 복잡한 상관 관계가 있습니다.

하지만 미스터리는 이것이다: 큐비트를 방해하지 않고서는 큐비트를 관찰할 수 없다는 것이다. 이는 일반 정보와 양자 정보의 매우 중요한 차이점입니다.

번갯불: 그럼 제가 입자를 교란시켜서 그것이 특정 상태를 취하도록 강제한다고 가정해 보겠습니다. 이를 측정 프로세스라고 부를 수도 있고 우연히 그렇게 할 수도 있습니다. 그리고 나는 그것이 0이라는 것을 알게 되었습니다. 그리고 그것은 그런 방식으로 여러분의 입자와 상관관계가 있었습니다. 사람들이 말하는 것처럼, 상관 관계를 존중하기 위해 입자가 특정 상태를 취하도록 입자에 부과하는 빛의 속도보다 정말 빠른가요?

프리스킬: 아니요, 안타깝게도 그렇지 않습니다. 아, 그랬으면 좋겠어요. 내가 내 큐비트를 보면, 당신이 당신의 큐비트를 보았는지 아닌지는 중요하지 않습니다. 그냥 무작위로 좀 볼게요. 따라서 우리 둘 다 살펴보고 서로 이야기한 후에야 우리에게 상관 관계가 있음을 알 수 있습니다.

그러나 우리가 대화하지 않는 한, 우리 각자는 단지 순수한 무작위성을 관찰하게 될 것입니다. 그러나 동일한 확률로 0 또는 1이 될 것이며 어떤 정보도 전달할 수 있는 방법이 없습니다.

번갯불: 물론, 우리가 서로 논의한다면, 그것은 의사소통의 일부인 빛의 속도보다 느리게 이동해야 합니다.

프리스킬: 글쎄요, 빛의 속도에 거의 근접할 수는 있지만 더 빠르지는 않습니다. 그러니까 그게, 우리가 서로 얽혀 있더라도 빛이 나에게서 여러분에게 전달하는 데 걸리는 시간보다 더 빠르게 나에게서 여러분에게 정보를 보낼 수 없다는 것이 큰 문제입니다. 얽힘은 그 이야기를 바꾸지 않습니다.

번갯불: 놀라운. 이제 여기서 우리는 얽힘에 대해 논의했습니다. 이는 사고 실험으로 거슬러 올라갑니다. [알버트] 아인슈타인 양자 역학과 씨름하고 때로는 반대하려고 노력했습니다. 그런데 왜 아인슈타인은 이것을 다음과 같이 유명하게 언급했을까요?거리에서 유령 행동“? 또는 때로는 "원거리에서의 유령 같은 행동"으로 번역되기도 합니다.

프리스킬: 아인슈타인은 물리학의 기본 법칙에 임의성이 있어서는 안 된다는 점을 매우 강하게 느꼈습니다. 그는 만약 우리가 물리적 시스템에 대해 알 수 있는 모든 것(물리법칙을 통해 알 수 있게 되는 것)을 안다면, 우리가 그 시스템을 관찰할 때 무엇을 보게 될지 완벽하게 예측할 수 있어야 한다고 느꼈습니다.

그리고 얽힘은 그 원칙을 따르지 않습니다. 세상에는 정말로 무작위성이 존재합니다. 비록 우리가 당신과 내가 공유하는 얽힌 큐비트 쌍에 대해 모든 것을 알고 있다고 하더라도, 여전히 당신은 그 큐비트를 볼 때 무엇을 보게 될지 예측할 힘이 없습니다. 그것은 단지 무작위입니다. 그리고 그것은 당신이 몰라서가 아닙니다. 알 수 없다는 것입니다.

번갯불: 이것이 어떻게 양자 순간이동에서 중요한 지렛대가 됩니까? 그것은 그 자체로는 양자 순간이동이 아닙니다. 그렇다면 어떻게 악용되나요?

프리스킬: 미묘한 질문입니다. 이제 양자 순간이동이 무엇인지 이야기해 봅시다.

번갯불: 제발요. 그렇습니다.

프리스킬: 그럼 지금 뉴욕에 계시죠?

번갯불: 난 뉴욕에 있어, 응.

프리스킬: 좋아요, Janna, 저는 현재 캘리포니아에 있고 당신은 뉴욕에 있습니다. 우연히 여기 캘리포니아에 큐비트가 있습니다. 바로 여기 내 손에 있어요. 그것은 작은 원자로 인코딩되어 있습니다. 그런데 양자 페덱스는 가끔 실수를 해서 저에게 이 큐비트를 보냈는데, 여러분을 위한 것이었습니다. 좋아요? 그래서 어떻게든 내 큐비트를 여러분에게 전달하는 방법을 알아내야 합니다. 그리고 캘리포니아에서 뉴욕으로 원자를 보내는 데 사용할 수 있는 도관이 있다면 큐비트를 여러분에게 전달하는 한 가지 방법이 될 것입니다. 하지만 원자를 보내는 데 사용할 수 있는 연결이 없습니다.

하지만 당신은 원자를 원하는 것이 아니라 원자에 있는 정보를 원합니다. 글쎄, 당신과 나는 어제 한 쌍의 얽힌 큐비트를 만드는 영리한 선견지명을 가지고 있었고 어느 ​​시점에서 그것을 사용할 수 있을 것이라고 예상했습니다.

제가 할 수 있는 일은 다음과 같습니다. 오늘 받은 이 큐비트를 가져가면 됩니다. 그 안에 어떤 정보가 들어 있는지 모르겠습니다. 나에게 전달된 큐비트입니다. 그리고 나는 당신과 내가 공유하는 얽힌 큐비트 쌍의 절반과 함께 그것을 관찰할 수 있습니다.

이제 저는 두 개의 큐비트를 관찰하고 있습니다. 이를 얽힌 측정이라고 부르겠습니다. 우리는 이 두 가지를 종합적으로 살펴보고, 이를 관찰함으로써 두 가지 정보를 얻을 수 있습니다. 그러면 이제 우리가 지금 사용하고 있는 것과 같은 일반적인 통신 링크를 통해 이 두 가지 정보를 여러분에게 보낼 수 있습니다. 그런 다음 이 두 비트의 정보를 사용하여 뉴욕의 큐비트에서 작업을 수행할 수 있습니다.

그리고 이제 뉴욕에 있는 그 큐비트는 제가 오늘 받은 미스터리 큐비트와 모두 동일한 양자 정보를 가지고 있습니다. 그 큐비트의 상태가 어떤지 모르겠고, 사실 연구실에서 관찰하다 보면 파괴해 버리곤 해요. 그러나 우리는 말하자면 그것을 뉴욕에서 “환생”할 수 있습니다. 그리고 해당 큐비트를 완벽하게 재구성하려면 해당 두 비트의 정보만 필요합니다. 그것이 바로 양자 순간이동입니다.

번갯불: 그래서 어떤 의미에서는 캘리포니아에 양자 상태가 있어서 제가 FedEx를 통해 전국으로 운전해서 보내지 않고도 뉴욕에서 재현할 수 있기를 바랐습니다. 당신은 내가 그 사이에 물리적으로 아무것도 움직이지 않고 그것을 할 수 있기를 원했습니다. 그래서 당신은 제가 그 간단한 지침만으로 제 연구실에서 상태를 재구성할 수 있는 영리한 방법을 알아내셨습니다.

그리고 그런 의미에서 그것은 순간이동한 것이다. 당신이 국가를 파괴했기 때문에 당신 쪽에서 사라졌고, 당신이 나에게 전달해야 할 정보를 찾으려고 노력하는 과정. 하지만 당신이 정보를 전달한 후에는 내 연구실에 다시 나타났습니다. 그 의역에서 중요한 것을 놓쳤습니까?

프리스킬: 글쎄요, 제 생각엔 당신이 말한 내용에 몇 가지 추가 내용이 있다고 생각합니다. 우선, 나는 당신에게 물리적인 어떤 것도 보내지 않았다는 당신의 진술에 별로 동의하지 않습니다. 사실, 내가 그랬어. 두 가지 정보를 보내드렸습니다.

번갯불: 아, 인터넷을 통해 나에게 정보를 보내셨군요.

프리스킬: 물리적인 것을 보내지 않고서는 그렇게 할 수 없습니다.

번갯불: 동의했다.

프리스킬: 어쩌면 그것은 캘리포니아에서 뉴욕까지 광섬유를 통과한 광자였을 수도 있습니다. 그리고 이것이 작동하려면 실제로 우리 사이의 의사소통이 필요했습니다.

그러나 그것만으로는 충분하지 않습니다. 큐비트에 관한 재미있는 일입니다. 큐비트의 상태를 준비하려면 많은 정보가 필요합니다. 3차원 공간을 가리키는 작은 화살표처럼 큐비트를 기하학적으로 시각화할 수 있습니다. 아시다시피 지구 표면과 같습니다. 그리고 큐비트를 어떻게 준비했는지 말하고 싶다면 지구본에서 한 점을 선택하는 것이므로 해당 큐비트가 어떻게 준비되었는지 정확하게 알려 주기 위해 위도와 경도를 매우 높은 정밀도로 제공해야 합니다.

어떤 의미에서는 많은 정보가 들어가지만 나오는 정보는 거의 없습니다. 왜냐하면 관찰하면 단지 한 부분만 얻게 되기 때문입니다. 따라서 그 한 비트는 큐비트를 지구상의 특정 위도와 경도에 배치하는 방법을 알려주지 않습니다. 그렇기 때문에 순간이동이 주목할만한 이유는 내가 당신에게 그 두 비트만 보냈고 그것만으로도 당신이 그것을 완벽하게 재구성하기에 충분했기 때문입니다.

그것은 우리가 공유했던 얽힘과 함께 두 조각으로, 우리가 어제 준비했던 선견지명이었습니다.

번갯불: 그렇죠, 그건 큰 차이죠. 정말 놀랍습니다. 당신은 인터넷이나 빛 신호 등 물리적으로 나에게 정보를 보내거나 어떤 방식으로든 나에게 정보를 보냅니다. 그런데 왠지 우리가 합의한 얽힌 설정 때문에 더 많은 정보를 얻고 있는 것 같아요.

그래서 그것은 당신이 IKEA 책상을 가지고 있는 것과 같지 않습니다. 나는 내 책상을 만드는 방법에 대한 정보가 필요했고 당신은 그것이 어떻게 조립되었는지 알아내기 위해 당신의 책상을 산산조각 냈습니다. 당신은 여전히 ​​나에게 모든 작은 정보를 말해야 할 것입니다. 따라서 양자 과정에는 고전 과정과 근본적으로 다른 점이 있습니다. 그것의 장점은 무엇입니까? 왜 그렇게 흥미로운가요? 무슨 큰일이야?

프리스킬: 우선 Janna, 당신과 나는 이론 물리학자이므로 우리를 흥분시키는 데 많은 시간이 걸리지 않습니다.

번갯불: [웃음] 전적으로.

프리스킬: 그러나 그것은 무엇에 유용합니까? 그건 좋은 질문이야. 자, 우리가 전 세계에 얽힘을 분산시키고 싶다고 가정해 봅시다. 꽤 멋진 것 같죠? 우리는 여러분과 제가 캘리포니아와 뉴욕 사이의 얽힘을 공유할 수 있다는 것을 당연하게 여겼고, 우리가 어떻게 그렇게 할 수 있었는지에 대해서는 이야기하지 않았습니다.

사실, 우리는 현재 존재하는 기술로는 지금 당장 그렇게 할 수 있는 방법을 모릅니다. 원칙적으로 불가능할 이유는 없지만 실제적인 이유로 현재 우리가 가지고 있는 기술로는 큐비트를 캘리포니아에서 뉴욕으로 보내 손상 없이 도착할 수 없습니다.

큐비트를 보내는 가장 좋은 방법은 광섬유를 통해 광자를 보내는 것이며 광섬유에는 손실이 있습니다. 따라서 큐비트를 50km로 보내려고 하면 사라지지 않고 만들 가능성은 XNUMX분의 XNUMX밖에 되지 않습니다. 그리고 천 킬로미터를 보내려고 해도 여전히 뉴욕에 도착하기에는 충분하지 않으며, 도착할 가능성은 거의 없습니다.

그렇다면 어떻게 얽힘을 공유할 수 있을까요? 음, 우리는 순간이동을 사용하여 그것을 할 것이라고 생각합니다. 약간 원형처럼 들리죠? 왜냐하면 순간이동을 하려면 얽힘이 필요하기 때문입니다. 하지만 아이디어는 이렇습니다. 예를 들어 10km 또는 50km의 큐비트를 보낼 수 있으며 매우 높은 성공 확률이 있습니다.

번갯불: 여전히 꽤 좋습니다.

프리스킬: 응, 나쁘지 않아. 하지만 이제 제가 캘리포니아에서 뉴욕까지 가고 싶다고 가정해 보겠습니다. 그래서 제가 하는 일은 도중에 많은 작은 노드를 도입하여 양자 통신을 연결하는 것입니다. 그럼 우리가 A에서 C로 이동하려고 하는데 우리가 하는 일은 A와 B, B와 C 사이의 얽힘을 공유하는 것이라고 가정해 봅시다. 그런 다음 우리는 얽힌 두 절반 중 B에서 측정하는 방법이 있습니다. 한 쌍. 우리는 그것을 얽힘 교환이라고 부릅니다.

B에서 두 큐비트를 측정한 다음 A와 C에게 "아, 제가 얻은 측정 결과는 이렇습니다."라고 말합니다. 이제 A와 C는 얽힘을 공유할 수 있습니다. 좋아요? 실제로 우리는 얽힘의 범위를 확장하고 있습니다. 순간이동의 변형입니다.

그리고 아직 전체 이야기를 말하지 않았습니다. 왜냐하면 A에서 B로의 얽힘이 그다지 좋지 않고 B에서 C로의 얽힘도 그다지 좋지 않다면 우리는 일종의 시끄러운 얽힘 쌍을 많이 취할 수 있기 때문입니다. 그리고 불완전하며, 그것들을 더 적은 수의 얽힌 쌍으로 증류하여 훨씬 더 높은 품질을 얻을 수 있는 방법이 있습니다. 그리고 그것을 반복함으로써 우리는 캘리포니아와 뉴욕을 연결하고 우리가 원하는 대로 사용할 수 있습니다. 우리는 이를 사용하여 비공개인 공유 키를 개발할 수도 있고 양자 정보를 보내는 데 사용할 수도 있습니다.

순간이동을 사용할 수 있는 보다 평범하고 짧은 거리의 방법이 있습니다. 양자 컴퓨터에 두 개의 칩이 있고 한 칩에서 다른 칩으로 양자 정보를 보내고 싶다면 두 칩 사이에 얽힘을 설정한 다음 순간 이동을 사용하여 한 칩에서 다른 칩으로 정보를 보내는 방법이 있습니다. . 그리고 이는 아마도 정말 어려운 문제를 해결할 수 있는 대규모 시스템으로 양자 컴퓨팅을 확장하는 데 필수적일 것입니다.

번갯불: 우리는 곧 돌아올 것이다.

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번갯불: '이유의 기쁨'에 다시 오신 것을 환영합니다.

그래서 당신은 실제로 기술에 대해 이야기하고 있습니다. 나는 당신이 최근에 Caltech에 새로운 센터를 착공했다는 것을 알고 있습니다. 양자정밀측정센터라고 불릴 것 같아요.

프리스킬: 그렇죠, 그렇죠. 당신은 연구를 해왔습니다.

번갯불: 응. 그리고 그것은 부분적으로 발전하는 기술에 맞춰져 있습니까? 당신이 말했듯이 당신은 이론 물리학자입니다. 어떤 사람들은 이렇게 말했습니다. “쓸데없는 아이디어의 놀라운 유용성”. 하지만 당신은 그러한 센터를 통해 기술 발전을 목표로 하고 있습니까, 아니면 실제로 양자 역학에 대한 우리의 근본적인 이해에 혁명을 일으키고 싶습니까, 아니면 둘 다입니까?

프리스킬: 우리는 그런 것들을 실제로 분리할 수 없습니다. 과학과 기술은 함께 발전합니다. 과학이 더욱 정교해짐에 따라 우리는 더 나은 기술을 개발하고 이를 통해 새로운 발견이 가능해집니다. 과학이 발전할 때는 새로운 아이디어와 새로운 기술의 결합을 통해 이루어집니다.

그래서 예를 들어 저는 양자 컴퓨터에 관심이 있고, 그것이 결국 사회에 큰 실질적인 영향을 미칠 것이라고 예상할 수 있는 이유가 있습니다. 하지만 그것은 또한 과학적 발견을 위한 훌륭한 도구이기도 합니다. 따라서 양자 정밀 측정 센터에서 우리는 기술을 개발할 것입니다. 하지만 양자 얽힘과 같은 특성을 활용하는 더 나은 측정 전략에 주목하여 더 정확하고 덜 침해적으로 사물을 측정할 수 있게 될 것입니다.

모든 사람은 사물을 더 잘 측정하기를 원하며, 양자 전략은 다른 방법으로는 불가능했던 측정을 수행하는 데 도움이 될 수 있습니다. 그것이 바로 그 센터의 지적 주제입니다.

번갯불: 네, 그리고 모두가 정보를 더 잘, 더 빠르게 통제하고 싶어합니다.

프리스킬: 글쎄요, 모든 사람들은 정보가 중요하다는 것을 이해하고 있으며 어떤 양자 정보가 사용될 것이며 어디에 큰 실제적 영향이 있을지에 대해 여전히 많은 공개 질문이 있습니다.

하지만 우리는 양자 정보, 양자 컴퓨팅, 측정을 위한 양자 얽힘을 사용하여 이전에는 할 수 없었던 일을 할 수 있을 것으로 예상할 수 있습니다. 그리고 그것은 결국 실질적인 영향을 미칠 것입니다.

번갯불: 그러한 실질적인 영향이 우리 일상생활까지 확대될 것으로 예상하십니까?

프리스킬: 결국 나는 그것을 기대한다. 그 영향이 어떻게 느껴질지는 확실하지 않습니다. 양자컴퓨팅의 경우 현재 우리가 갖고 있는 최고의 아이디어이며, 이는 40년 이상 전으로 거슬러 올라가는 오래된 아이디어입니다. 리처드 파인만 — 양자 컴퓨터를 사용하여 양자 시스템의 작동 방식을 더 깊이 이해할 수 있다는 것입니다.

우리와 같은 물리학자들은 그것이 흥미롭다는 것을 이해하지만 유용한 특성을 가진 새로운 유형의 물질, 아마도 의약품을 포함한 새로운 유형의 화학 화합물 등을 발견할 수 있기 때문에 중요합니다. 그리고 그 모든 것이 결국 사람들의 일상생활에 영향을 미칩니다. 그리고 양자 측정에서도 양자 기술은 결국 과학의 모든 것에 영향을 미칠 것이라고 생각합니다.

생물학과 의학 분야에서 우리는 세포 내부에서 일어나는 일을 비침습적으로 더 높은 감도로 관찰할 수 있기를 원합니다. 그리고 그것은 결국 치료법에 있어서 중요할 것이며, 생물학을 더 깊이 이해하는 데에도 중요할 것입니다.

번갯불: 중력의 근본적인 특성을 이해하는 데 있어 양자 순간이동이 가능한 분야도 있는데, 제가 아는 바로는 이것이 당신 연구의 핵심 분야였습니다. 어떻게 얽힘이 블랙홀처럼 크고 거대한 사물에서 역할을 할 수 있을까요?

프리스킬: 나에게 이것은 양자 정보에 관한 가장 흥미로운 점 중 하나입니다. 응집 물질 물리학을 포함하여 양자 물질의 고도로 얽힌 상태를 이해하려고 노력하는 것을 포함하여 다른 근본적인 질문에 대해 신선한 사고 방식을 제공한다는 것입니다. 그리고 중력 물리학에서는.

이 이야기는 두 개의 유명한 논문이 등장했던 1935년으로 거슬러 올라갑니다. 물리적 검토. 그 중 하나는 아인슈타인과 [나단] 로젠, 시공간을 설명하는 아인슈타인 방정식의 일반 상대성 이론에서 해를 찾을 수 있다는 관찰에 관한 것입니다. 우주의 웜홀. 당시에는 잘 이해되지 않았지만 실제로 솔루션은 내부를 공유하는 두 개의 블랙홀, 즉 이 두 블랙홀의 내부를 연결하는 일종의 웜홀을 설명합니다.

그리고 아인슈타인의 논문은, [보리스] 포돌스키 그리고 로젠은 양자 얽힘에 대해 그리고 우리가 고전적인 정보의 관점에서 설명할 수 없는 방식으로 시스템이 서로 연관되도록 하는 독특한 방식도 있습니다.

그리고 지난 10년 동안 우리가 깨닫게 된 사실은 양자 얽힘과 우주의 웜홀이라는 두 가지 현상이 서로 밀접하게 연관되어 있다는 것입니다. 사실, 그들은 동일한 것을 설명하는 두 가지 방법으로 볼 수 있습니다. 이것은 물리학에서 흔한 일이며 매우 힘을 실어줍니다. 동일한 현상을 설명하는 두 가지 다른 방법이 있고, 서로 매우 다르게 보이지만 정확히 동일한 물리학을 설명하는 경우, 이를 통해 우리는 더 깊은 이해를 얻을 수 있습니다.

그래서 지금 우리가 인식하고 있는 것, 그리고 우리가 가장 잘 이해하는 양자 중력의 버전에서 매우 명시적으로 말할 수 있는 것은 두 개의 블랙홀이 서로 매우 심하게 얽히면 우주의 웜홀에 의해 연결될 것이라는 것입니다.

앨리스는 자신의 블랙홀을 가질 수 있고, 밥은 자신의 블랙홀을 가질 수 있으며, 그들이 서로 얽혀 있다면 앨리스와 밥이 둘 다 블랙홀에 뛰어들 수 있다는 뜻입니다. 그리고 그들은 로미오와 줄리엣처럼 특이점에 부딪혀 멸망할 운명에 처하더라도 만나서 한동안 관계를 가질 수도 있습니다. 하지만 우리는 그것을 더욱 재미있게 만들 수 있는데, 바로 여기서 순간이동이 등장합니다.

우리는 적절한 조건 하에서 우주에 웜홀을 통과할 수 있도록 만들 수 있습니다. 아인슈타인과 로젠이 원래 설명한 원래 웜홀은 횡단할 수 없는 웜홀의 예입니다. 즉, 한쪽 끝으로 뛰어들어 다른 쪽 끝으로 나올 수 없다는 의미입니다. 하지만 우리가 이해하게 된 것은 양자 이론에서 블랙홀에 음의 에너지 펄스를 보내는 것이 실제로 가능하다는 것입니다. 일반적으로 물질을 블랙홀로 보낼 때 사건의 지평선이 바깥쪽으로 약간 이동하게 되고, 음의 에너지 펄스가 안쪽으로 약간 이동하게 만들 수 있습니다. 이것이 바로 앨리스가 자신의 블랙홀에 비트 또는 큐비트를 던지고 밥의 끝에서 나올 수 있도록 하는 데 필요한 것입니다.

이것을 설명하는 다른 방법이 있는데, 이것은 실제로 양자 순간이동의 한 형태입니다.

그래서 저는 그것이 정말 재미있다고 생각합니다. 중력 직관이 그렇지 않으면 매우 비직관적으로 보일 수 있는 매우 복잡한 양자 시스템의 행동을 이해하는 데 도움이 될 수 있다는 것을 암시하기 때문입니다.

번갯불: 양자를 깊이 파고들어 블랙홀의 존재나 생존과 같은 대규모 현상을 이해하려고 노력하는 것은 정말 놀랍고 흥미로운 전환입니다.

그리고 저는 블랙홀의 증발에 대한 한 가지 질문을 슬쩍 물어볼 것입니다. 그리고 앨리스가 블랙홀에 뛰어들더라도 그녀의 정보가 궁극적으로 사라지지 않을 수 있다는 점을 이해하는 데 양자 순간이동이 어떻게 관련될 수 있는지, 그리고 양자 순간이동이 어떻게 가능할까요? 앨리스가 블랙홀에 뛰어든 후 일어난 일을 우리가 복구할 수 있는 방법입니다.

프리스킬: 글쎄, 나는 Janna Levin과 함께 만났을 때 결국 블랙홀에 대해 이야기하게 될 것이라는 것을 알았습니다.

번갯불: [웃음] 나는 어떤 대화도 블랙홀에 관한 대화로 바꿀 수 있습니다.

프리스킬: 놀랍지 않습니다.

사실, 제가 방금 설명한 내용은 정보가 블랙홀에서 탈출하는 과정에 대한 통찰력을 제공한다고 생각합니다. 물리학 법칙은 정보가 블랙홀에 떨어져 블랙홀이 증발하더라도 정보가 파괴되는 것을 허용하지 않습니다. 그냥 뒤죽박죽이 된다 읽기가 매우 어려운 형태로 되어 있습니다. 일종의 지역 위반이 있습니다. 이것이 물리학의 가장, 혹은 가장 기본적인 원리 중 하나입니다. 앞서 언급했듯이 정보는 빛의 속도보다 빠르게 이동할 수 없습니다.

그러나 어떤 의미에서 블랙홀에서 빠져나오려면 정의상 정보가 빛보다 빠르게 이동합니다. 빛은 내부에 갇혀 있고 정보는 밖으로 빠져나갑니다. 그리고 이것이 의미하는 바는 인과관계의 개념(우리가 일반적으로 생각하는 방식, 즉 정보가 얼마나 빨리 이동할 수 있는지에 대한 속도 제한이 있다는 개념)이 모든 상황에서 엄격하게 사실이 아니라는 것입니다. 그 원칙은 위반될 수 있다.

그리고 시공간 자체는 실제로 근본적인 개념이 아닐 수도 있습니다. 오히려 그것은 일부 복잡한 양자 시스템의 창발적 특성 상황이 매우 복잡하게 얽혀 있는 곳.

그렇다면 정상적인 상황에서 이러한 인과관계 개념이 그토록 엄격하게 충족되는 것처럼 보이는 것은 어떻게 우리가 생각하는 것일까요? 글쎄요, 제 생각에는 이에 대한 답이 있다고 생각합니다. 그리고 그것이 양자 컴퓨팅과 연결된다는 것은 매우 흥미롭습니다.

우리는 그렇게 생각합니다 인과관계 위반 가능, 빛보다 빠르게 정보를 전달합니다. 하지만 그렇게 하려면 양자 컴퓨터에서 수행할 수 있는 종류의 양자 계산이 필요합니다. 이는 너무 복잡하고 강력해서 실제로는 결코 수행할 수 없습니다.

그래서 우리는 캘리포니아에 있는 나와 뉴욕에 있는 Janna 사이의 공간을 찢을 수 있어야 합니다. 원칙적으로는 가능합니다. 실제로는 그렇게 하기가 너무 어렵고 강력한 계산이 필요하므로 누구도 성공하지 못할 것입니다.

번갯불: 놀랄 만한. 이제 존, 당신은 양자 이론에서 가장 이해하기 어렵고 어려운 개념을 이해하기 위해 인생의 많은 시간을 보냈습니다. 이론물리학과 양자 순간이동에 대한 연구에서 즐거움을 주는 것은 무엇인가요?

프리스킬: 글쎄, 나는 즐겁게 지내는 것이 꽤 쉽기 때문에 많은 것들이 나에게 기쁨을 가져다줍니다. 그러나 질문과 답변 모두 하나의 기쁨을 가져올 수 있습니다. 이전에 들어본 적도 없고 깊고 매혹적인 아이디어는 기쁨을 가져올 수 있습니다. 그래서 제가 처음으로 우리가 이론적으로 그리고 결국 실제로는 실제로는 고전적인 세계라면 결코 풀 수 없는 문제를 해결할 수 있을 정도로 매우 강력한 양자 컴퓨터를 구축할 수 있다는 점을 인식했을 때, 이렇게 깊고 흥미로운 아이디어를 접하게 된 것은 가장 행복한 순간 중 하나였습니다. 그리고 그것에 대해 생각하면서 결국 내 연구의 방향을 바꾸게 되었습니다.

번갯불: 정말 아름다운 물건이에요. 우리는 Caltech의 이론물리학자인 John Preskill과 양자 순간이동의 놀라운 특성과 잠재적 응용에 관해 이야기를 나눴습니다. 존 씨, 오늘 함께해주셔서 정말 감사드립니다.

프리스킬: 정말 즐거운 시간을 보냈어요, 잔나. 감사합니다.

번갯불: 저도요. 이야기하는 것은 언제나 즐겁습니다. '곧.

[테마연극]

번갯불: 'The Joy of Why'는 팟캐스트입니다. Quanta Magazine, 의 지원을 받아 편집적으로 독립된 출판물입니다. 시몬스 재단. Simons 재단의 자금 지원 결정은 이 팟캐스트나 이 팟캐스트의 주제, 게스트 또는 기타 편집 결정에 영향을 미치지 않습니다. Quanta Magazine.

<The Joy of Why>가 제작을 맡은 작품 PRX 프로덕션. 제작팀은 Caitlin Faulds, Livia Brock, Genevieve Sponsler 및 Merritt Jacob입니다. PRX Productions의 총괄 프로듀서는 Jocelyn Gonzales입니다. Morgan Church와 Edwin Ochoa가 추가 지원을 제공했습니다. 에서 Quanta Magazine, John Rennie와 Thomas Lin은 Matt Carlstrom, Samuel Velasco, Nona Griffin, Arleen Santana 및 Madison Goldberg의 지원을 받아 편집 지침을 제공했습니다.

우리의 테마 음악은 APM Music에서 나왔습니다. Julian Lin이 팟캐스트 이름을 생각해냈습니다. 에피소드 아트는 Peter Greenwood의 작품이고 로고는 Jaki King과 Kristina Armitage의 작품입니다. Columbia Journalism School과 Cornell Broadcast Studios의 Bert Odom-Reed에게 특별히 감사드립니다.

저는 호스트 Janna Levin입니다. 질문이나 의견이 있으시면 다음 주소로 이메일을 보내주세요. [이메일 보호]. 듣기 주셔서 감사합니다.