나노기술 및 정책 정보

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이화학연구소(RIKEN) 혁신지능통합연구센터 범용기반기술연구그룹 수학과학팀 등의 공동 연구그룹이 양자역학으로 운동하는 다수의 입자계(양자 다체계)에 있어 최저 에너지 상태(기본 상태)가 갖는 ‘양자 얽힘’에 관한 새로운 법칙을 발견함. 양자역학에 따라 입자계를 두 개의 영역으로 나눌 때 ‘영역 간의 양자 얽힘의 크기는 그 경계의 크기와 거의 동일하다’는 생각을 ‘양자 얽힘 경계 법칙 예상’이라고 함. 이 예상은 지금까지 입자 사이에 작용하는 상호작용이 작은 입자가 독립적으로 운동하기 쉬운(단거리의 상관관계가 존재하는) 상황에서의 수학적 증명은 존재했으나, 상호 작용의 종류와 규모에 따라 경계 법칙 성립 여부가 어떻게 좌우되는지는 규명되지 않았음. 연구진은 에너지 갭을 갖는 광범위한 1차원 양자 다체계의 기저 상태에서, 양자 얽힘이 고에너지 상태보다 작다는 것을 의미하는 경계 법칙을 증명하고 그 메커니즘을 규명함. 지금까지 경계 법칙에 필요하다고 여겨졌던 상호작용의 단거리 조건이 본질이 아닌 것을 의미하게 되며, 장거리까지 도달하는 강한 상호작용이 있어도 경계 법칙이 성립하는 것이 최초로 밝혀짐. 본 연구 성과는 양자 얽힘에 대한 이해를 높일 뿐 아니라 양자 다체계에 대한 새로운 식견을 제공하며, 향후 양자 컴퓨터와 양자 기계 학습을 포함한 다양한 분야에 응용될 것으로 기대됨.

본 연구는 ‘Nature Communications’ (“Area law of noncritical ground states in 1D long–range interacting systems”) 지에 게재됨.