나노기술 및 정책 정보

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영국의 케임브리지 대학교(University of Cambridge)와 미국의 하버드 대학교(Harvard University) 및 MIT 공동연구팀이 양자 입자들은 그들이 상호 작용한 것에 대한 정보를 무제한으로 전달할 수 있다는 것을 보여줌. 이 결과는 초정밀 현미경 및 양자 컴퓨터와 같은 훨씬 더 정확한 측정을 가능하게하고 새로운 기술을 강화할 수 있도록 함. 계측은 추정 및 측정의 과학임. 양자 컴퓨팅이 복잡한 계산을 수행하는 방식을 혁신할 것으로 예상되는 것처럼, 아원자(subatomic) 입자의 이상한 행동을 사용하는 양자 계측은 우리가 측정하는 방식에 혁명을 일으킬 수 있음. 우리는 0 % (발생하지 않음)에서 100 % (항상 발생)까지의 확률을 다루는 데 익숙하나 양자 세계의 결과를 설명하기 위해서는 소위 준 확률을 포함하도록 확률 개념을 확장해야하며, 이는 음수 일 수 있음. 이 준 확률은 아인슈타인의 '원거리에서의 스푸키 액션'과 같은 양자 개념과 직관적인 수학적 언어로 파동과 입자의 이중성을 설명 할 수 있게 함. 예를 들어 원자가 특정 위치에 있고 특정 속도로 이동할 확률은 -5 %와 같이 음수 일 수 있음. 해석할 때 음의 확률이 필요한 실험을 '양자 부정(Quantum negativity)'이라고 함. 과학자들은 이제 이러한 양자 부정성이 더 정확한 측정을 수행하는 데 도움이 될 수 있음을 보여주었음. 모든 계측에는 간단한 스케일 또는 온도계 일 수 있는 프로브가 필요함. 그러나 최첨단 계측에서 프로브는 원자 수준에서 제어 할 수 있는 양자 입자임. 이 양자 입자는 측정 대상과 상호 작용한 다음 입자를 탐지 장치로 분석함. 이론적으로 프로빙 입자의 수가 많을수록 탐지 장치에서 더 많은 정보를 활용할 수 있음. 그러나 실제로는 탐지 장치가 입자를 분석 할 수 있는 속도에 제한이 있음. 연구팀은 준 확률에 대한 표준 정보 이론 도구를 적용했으며 양자 입자를 필터링하면 백만 개의 입자 정보를 하나로 압축 할 수 있음을 보여주었음. 이것은 탐지 장치가 훨씬 더 높은 속도에 해당하는 정보를 수신하면서 이상적인 유입 속도로 작동 할 수 있음을 의미함. 이것은 정상적인 확률 이론에 따르면 금지되어 있지만 양자 부정성이 가능하게 함.

본 연구 성과는 ‘Nature Communications’ ("Quantum advantage in postselected metrology") 지에 게재됨