세계 첫번째 다중 결절점 양자 네트워크
는 양자 인터넷의 돌파구이다.
By Ben Turner - Staff Writer 5 days ago
5일전 전속작가 - 벤 터너씨에 의한 글
The move to a three-node system is a quantum leap in network design.
삼중 결절점 시스템으로의 이동은 네트워크 설계에 있어
양자적 도약이다.
The researchers established the network using a complex system of lasers. (Image credit: Marieke de Lorijn/QuTech)
연구원들은 레이저를 이용하는 복잡다단한 시스템을 사용하여 네트워크의
토대를 마련했다.
(이미지 저작권: 마리케 드 로리젠/퀴텍)
Scientists have gotten one step closer to a quantum internet by creating the world's first multinode quantum network.
과학자들은 세계에서 첫번째 다중 양자 네트워크를 생성하게
됨으로 양자 인터넷에 한 단계 더 가까운 발돋움을 하게 되었다.
Researchers at the QuTech research center in the Netherlands created the system, which is made up of three quantum nodes entangled by the spooky laws of quantum mechanics that govern subatomic particles. It is the first time that more than two quantum bits, or "qubits," that do the calculations in quantum computing have been linked together as "nodes," or network endpoints.
네들란드의 퀴텍 연구센터의 연구원들은 그 시스템을 생성하게
되었으며, 그리고 이것은 아원자 입자(원자보다 더 작은 입자)
를 다스리는 양자 역학의 무시무시한 법칙에 의하여 얽히고 설킨
세 개의 양자 결절점으로 이루어진다.
양자 계산에서 계산을 실행하는 두 개의 양자비트 이상, 혹은
"여러개의 양자비트"는, "결절점" 혹은 네트워크 끝점으로 모두
연결이 이루어지게된 바로 그 첫 번째이다.
Researchers expect the first quantum networks to unlock a wealth of computing applications that can't be performed by existing classical devices — such as faster computation and improved cryptography.
연구원들은 더 빠른 계산, 개량된 암호학과 같은 — 기존의
고전적인 고안물에 의해서는 실행이 불가능한 풍부한 계산
응용프로그램들을 열어놓는 바로 그러한 양자 네트워크를
희망한다.
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"It will allow us to connect quantum computers for more computing power, create unhackable networks and connect atomic clocks and telescopes together with unprecedented levels of coordination," Matteo Pompili, a member of the QuTech research team that created the network at Delft University of Technology in the Netherlands, told Live Science. "There are also loads of applications that we can't really foresee. One could be to create an algorithm that will run elections in a secure way, for instance."
"그것은 우리들로 하여금 해킹불가능한 네트워크 그리고 원자 시계와의 연결과
함께 전례없는 수준의 협조 감시 체계를 생성하는 더 능력있는 계산을 위한 양자
컴퓨터에 연결되게끔해 줄 것입니다," 라고 네들란드의 델프트 기술 종합대학의
네트워크를 생성했던--퀴텍 연구 팀의 멤버인--마테테오 파면피리 박사는 라이브
사이언스에 말했다.
"또한 우리가 실지로 예상못하는 많은 응용프로그램들도 있습니다. 예를들면, 비
밀스러운 방식으로 선거 프로그램을 실행하게되는 알고리듬도 생성가능하다는
겁니다."
In much the same way that the traditional computer bit is the basic unit of digital information, the qubit is the basic unit of quantum information. Like the bit, the qubit can be either a 1 or a 0, which represent two possible positions in a two-state system.
대체로 똑같이 전통적 컴퓨터에서 비트는 숫자 정보의 기본 단위이며, 양자비트는
양자 정보의 기본 단위이다. 비트처럼 양자비트는 1이거나 혹은 0이 될 수 있으며,
그리고 이것은 두 개의 공식적-시스템에서 두 개의 가능한 입지를 나타낸다.
But that's just about where the similarities end. Thanks to the bizarre laws of the quantum world, the qubit can exist in a superposition of both the 1 and 0 states until the moment it is measured, when it will randomly collapse into either a 1 or a 0. This strange behavior is the key to the power of quantum computing, as it allows a qubit to perform multiple calculations simultaneously.
하지만, 그것은 단지 유사성이 끝맺는 곳에 관한 것이다.
양자 세계의 무시무시한 법칙덕택으로 양자비트는 그것의 측정이 이루어지는
그 순간까지 1과 0이라는 상태 둘 다의 더 위쪽에 있게 되며, 그리고는 그것은
무작위로 1 혹은 0 어느하나로 무너진다.
이러한 이상한 작용은 양자비트로하여금 동시에 다양한 계산을 실행하게끔 할
때, 양자 계산의 그 능력에 대한 키가 된다.
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The biggest challenge in linking those qubits together into a quantum network is in establishing and maintaining a process called entanglement, or what Albert Einstein dubbed "spooky action at a distance." This is when two qubits become coupled, linking their properties so that any change in one particle will cause a change in the other, even if they are separated by vast distances.
그것들 양자비트 모두 양자 네트워크로 연결되어지는 것 중에서 가장 큰
도전거리는 얽히고 설킴이라고 불리어지는 어떤 과정 혹은 알버트 아인슈
타인이 "얼마간 거리를 둔 무시무시한 작용"이라고 별명을 붙힌
것을 기반으로 하거나 유지해나가는 것에 있다.
이것은 두 개의 양자비트가 그것들의 속성에 연결되어지며 이중화되어
버릴 때이며, 그래서 한 개의 입자에서 모든 변화는, 비록 그것들이 막대
한 거리로 분리되어질지라도, 다른 입자에 어떤 변화를 야기시키게 된다.
You can entangle quantum nodes in a lot of ways, but one common method works by first entangling the stationary qubits (which form the network's nodes) with photons, or light particles, before firing the photons at each other. When they meet, the two photons also become entangled, thereby entangling the qubits. This binds the two stationary nodes that are separated by a distance. Any change made to one is reflected by an instantaneous change to the other.
여러분은 많은 방식으로 양자 결절점을 얽히고 설키게할 수 있지만, 그러나
한가지 보편적인 방식으로 광자로된 정지된 양자비트(네트워크 결절점을
형성하는 것)를 처음으로 얽히고 설키게해줌으로 작용시키거나, 혹은 서로에
있어 광자가 소멸되어버리기전에 빛입자로 작용시켜준다.
그것들이 만날 때, 그것들은 양자비트에 얽히고 설키면서 그 두 광자도 또한
얽히고 설키게 된다.
이것은 얼마간의 거리로 분리되어지는 두 개의 정지된 결절점을 묶게된다.
하나에 이루어진 모든 변화는 다른하나로의 순간적 변화로 반영된다.
"Spooky action at a distance" lets scientists change the state of a particle by altering the state of its distant entangled partner, effectively teleporting information across big gaps. But maintaining a state of entanglement is a tough task, especially as the entangled system is always at risk of interacting with the outside world and being destroyed by a process called decoherence.
"얼마간 거리를 둔 무시무시한 작용"은, 정보가 큰 틈을 통해 효과적으로
순간이동되어지게 해주기위하여, 과학자들로하여금, 그것의 먼거리로
얽히고 설키게된 파트너의 상태를 변경해줌으로 입자들의 상태를 변경
하게끔 한다.
그러나, 얽히고 설키게된 상태를 유지해가는 것은 힘든 일이다.
특히, 얽히고 설키게된 시스템이 늘 외부세계와 더불어 상호작용하는 위험에
처할 때이며, 그리고 결깨짐이라고 불리어지는 어떤 과정이 파괴되어질 때이다.
This means, first, that the quantum nodes have to be kept at extremely cold temperatures inside devices called cryostats to minimize the chances that the qubits will interfere with something outside the system. Second, the photons used in the entanglement can't travel very long distances before they are absorbed or scattered, — destroying the signal being sent between two nodes.
이것은, 첫째, 그 양자 결절점이 그 양자비트가 그 시스템 바깥의 어떤 것과 더불어
방해하는 그 기회를 최소화해주기위해 저온유지장치라 불리어지는 내부의 고안물
이 극도로 차가운 온도로 유지되도록 해야한다는 것을 의미한다.
둘째, 얽히고 설키는데 사용된 그 광자들이, 그것들이 두 결절점 사이에 보내어
지는 그 신호를 파괴시키게 되는 흡수되어지거나 혹은 분산되어지기전에, 매우
긴 거리로 이동되어지게해서는 안된다.
"The problem is, unlike classical networks, you cannot amplify quantum signals. If you try to copy the qubit, you destroy the original copy," Pompili said, referring to physics' "no-cloning theorem," which states that it is impossible to create an identical copy of an unknown quantum state. "This really limits the distances we can send quantum signals to the tens of hundreds of kilometers. If you want to set up quantum communication with someone on the other side of the world, you'll need relay nodes in between."
"고전적인 네트워크와는 달리 그러한 문제는 여러분이 양자적 신호를 증폭해주지
못해서 그렇습니다.
만일 여러분이 그 양자비트를 복사하고자 한다면, 여러분은 그 원본은 파괴시켜
줍니다," 라고 폼필리 박사는 물리학 "복제금지 정리"를 언급해 말했는데, 복제
금지 정리란 알려지지 않은 양자 상태와 일치하는 카피본을 생성하는 것은 불가능
하다는 것을 말한다.
"이것은 실지로 우리가 보낼수 있는 양자 신호의 그 거리를 1,000킬로미터까지로
제한시킵니다. 만일 여러분이 세상의 맞은편에 있는 누군가와 교신을 위한 양자
통신시설을 설치해보고자 한다면, 여러분은 사이에 있는 결절점을 이어주는
것이 필요합니다."
To solve the problem, the team created a network with three nodes, in which photons essentially "pass" the entanglement from a qubit at one of the outer nodes to one at the middle node. The middle node has two qubits — one to acquire an entangled state and one to store it. Once the entanglement between one outer node and the middle node is stored, the middle node entangles the other outer node with its spare qubit. With all of this done, the middle node entangles its two qubits, causing the qubits of the outer nodes to become entangled.
이러한 문제점을 해결해주기위해서, 그 팀은 세 개의 결절점으로된 네트워크를
생성해주었고, 그러자 그곳에서 광자는 본질적으로 외부결절점 중 하나에서 중간
결절점에있는 하나로, 양자비트로부터의 얽히고 설킴을, "통과해가게 된다".
중간 결절점은 두 개--얽히고 설킨 상태를 얻고자하는데 한 개, 그리고 그것을
저장하는데 한 개--의 양자비트를 지니게 된다. 일단 한 개의 외부결절점 그리고
중간의 결절점사이의 그 얽히고 설킴이 저장되기만 하면, 중간 결절점은 그것의
여분의 양자비트로된 그 나머지 외부결절점과 얽히고 설키게 된다.
이러한 모든것이 처리됨과 더불어, 그 중간 결절점은 얽히고 설키게된 외부 결절점
의 양자비트를 야기시키게되는 그것의 두 개의 양자비트와 얽히고 설키게 된다.
But designing this weird quantum mechanical spin on the classic "river crossing puzzle" was the least of the researchers' troubles — weird, for sure, but not too tricky an idea. To make the entangled photons and beam them to the nodes in the right way, the researchers had to use a complex system of mirrors and laser light. The really tough part was the technological challenge of reducing pesky noise in the system, as well as making sure all of the lasers used to produce the photons were perfectly synchronized.
그러나 고전적인 "강을 가로지르는 수수께끼"를 바탕으로한, 이 이상한 양자
역학적 회전 설계는 연구원들의 사소한 골치거리였는데, 확실히 이상하였지만
아주 기만적 아이디어는 아니었다.
그 얽히고 설킨 광자를 만들어 그리고 그 결절점에 대한 그것들을 제대로
흐르게 할려고, 연구원들은 복잡한 레이저광 반사경 시스템을 사용해
야만했다.
실지로 힘든 부분은, 완벽하게 합성된 광자를 생성해내기위하여 사용하곤
했던 모든 레이저 장치를 확인해주는 것뿐만아니라, 또한 그 시스템에
있어서의 성가신 소음을 줄여주기위한 기술적 도전에 있었다.
"We're talking about having three to four lasers for every node, so you start to have 10 lasers and three cryostats that all need to work at the same time, along with all of the electronics and the synchronization," Pompili said.
"우리는 결절점마다 3~4 개의 레이저를 지녀야한다고 이야기하고 있는
바이며, 따라서 여러분은 모든 전자기기의 동기화와 더불어 모든
것이 동시에 작용해 줄 필요가있는 열 개의 레이저와 그리고 세 개의
저온유지장치를 가지고 시작해나가보기바랍니다," 라고 폼필리 박사는 말했다.
The three-node system is particularly useful as the memory qubit allows researchers to establish entanglement across the network node by node, rather than the more demanding requirement of doing it all at once. As soon as this is done, information can be beamed across the network.
세 개로 된 결절점 시스템은 특히 연구원들로하여금 그것을 모두
한꺼번에 실행해주기위한 더 많이 수요적인 필수물이라기보다는
다소 그 네트워크의 결절점과 결절점을 가로지르는 얽히고 설킴을
기반으로 하게끔하는 메모리 양자비트로 유용하다.
이것이 실행되어지자마자 정보는 해당 네트워크를 가로질러 흐르게
된다.
Some of the researchers' next steps with their new network will be to attempt this information beaming, along with improving essential components of the network's computing abilities so that they can work like regular computer networks do. All of these things will set the scale that the new quantum network could reach.
그들의 새로운 네트워크와 더불어 연구원들의 다음단계의 몇가지는,
그 네트워크의 계산 가능성 그래서 그것들이 규정 컴퓨터 네트워크
가 처리하는 것처럼 일처리가 가능한 필수적인 구성요소를 개량해
주는것과 더불어, 이러한 정보의 흐름을 시도할 것이다. 이러한 모든
것들은 새로운 양자 네트워크가 이르러 갈 수 있는 그 눈금치를 정하
게 될 것이다.
They also want to see if their system will allow them to establish entanglement between Delft and The Hague, two Dutch cities that are roughly 6 miles (10 kilometers) apart.
그들은 또한 그들의 시스템이 그들로하여금 대략 6마일(10킬로미터)
떨어진 네들란드의 두 도시 델프트와 헤이그사이에도 얽히고 설킴을
기반으로 해주게끔 할지를 보고싶어한다.
"Right now, all of our nodes are within 10 to 20 meters [32 to 66 feet] of each other," Pompili said. "If you want something useful, you need to go to kilometers. This is going to be the first time that we're going to make a link between long distances."
"지금 당장 우리의 모든 결절점은 각각 10에서 20미터[32에서 66피
트]내에 있게 됩니다," 라고 폼필리 박사는 말했다.
"만일 여러분이 유용한 어떤 것을 바란다면, 여러분은 몇킬로미터를
가 줄 필요가 있습니다.
이것은 우리가 먼거리사이에 연결을 이루게되는 그 첫번째가 될 것
입니다."
The researchers published their findings April 16 in the journal Science.
연구원들은 4월 16일 저널 과학에 그들의 발견사실을 출간했다.
Originally published on Live Science.
라이브 사이언스에 원본으로 출간됨.
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