중첩은 여러 답을 고전적으로 보관한다는 뜻이 아니다

한 큐비트의 상태는 |ψ⟩ = α|0⟩ + β|1⟩처럼 쓸 수 있고, 정규화하면 |α|² + |β|² = 1입니다. 표준 기저에서 측정할 때 0과 1이 나올 확률은 각각 계수의 절댓값 제곱입니다. 측정 전의 위상은 간섭에 영향을 주므로 단순히 “결과를 모르고 있다”는 고전적 혼합과 구별됩니다. 다만 측정값은 고전적인 결과 하나이며, 상태의 모든 진폭을 한 번에 읽어 내지는 못합니다. IBM의 측정 설명은 측정이 기저상태 하나를 확률적으로 내보낸다고 설명합니다.

얽힌 상태의 표기와 실제 의미

두 큐비트의 |Φ+⟩ = (|00⟩ + |11⟩)/√2는 측정 시 00 또는 11이 각각 1/2 확률로 나오는 Bell 상태입니다. 반면 |Ψ+⟩ = (|01⟩ + |10⟩)/√2입니다. 따라서 00과 11의 합을 Ψ+라고 부르면 틀립니다. 얽힘은 두 결과 사이의 상관을 설명하지만, 한쪽이 원하는 값을 골라 상대에게 보내는 통신 수단은 아닙니다.

Bell 논문, CHSH, 그리고 실험값

Bell의 1964년 논문은 국소성 가정 아래 숨은 변수 설명이 양자역학의 통계 예측과 충돌할 수 있음을 논했습니다. 실현 가능한 광자 상관 실험을 위한 CHSH 제안은 Clauser, Horne, Shimony, Holt가 1969년에 발표했습니다. 두 논문은 같은 문헌이 아닙니다. CHSH에서 국소 숨은 변수 이론의 경계는 |S| ≤ 2이고, 양자 이론이 허용하는 최대치는 2√2입니다. 이는 양자역학이 허용하는 이론상 상한이지 모든 실험에서 관측되는 값이나 완벽한 상관을 보장하는 수치가 아닙니다. IBM Quantum의 CHSH 안내는 국소 숨은변수 경계 2와 양자 상한 2√2를 구분하고, 시뮬레이터·장치 결과가 잡음 때문에 상한에 못 미치는 예를 보여 줍니다. Aspect 등의 1982년 실험은 시간변화 분석기를 사용한 실제 광자 편광 상관에서 Bell 부등식 위반을 5 표준편차로 보고했습니다. 원논문 초록은 해당 측정 결과를 양자역학 예측과 부합한다고 기술합니다.

짧은 상태 판독 예와 한계

가령 두 큐비트를 |Φ+⟩로 준비해 표준 기저에서 한 번 측정하면 가능한 기록은 00 또는 11 중 하나입니다. 반복 실험이 이상적인 조건에서 각 결과에 가까운 절반씩 나타날 것으로 예상할 수 있지만, 유한한 표본에서 정확히 반반일 필요는 없습니다. 측정 기준을 바꾸면 상관 패턴도 달라집니다. n개 큐비트의 상태 표현에는 2ⁿ개 기저 진폭이 들어갈 수 있지만, 한 번의 읽기로 2ⁿ개의 답을 모두 얻는 것은 아닙니다. 유용한 알고리즘은 간섭과 측정 설계를 이용해 원하는 통계량을 추출해야 하고, 하드웨어 잡음도 결과에 영향을 줍니다.

양자 원격전송은 얽힘쌍, 입력 큐비트에 대한 측정, 고전 정보 전달, 수신 측 보정을 결합합니다. 수신 측이 보정하기 전에는 원래 상태를 복원할 수 없고 고전 통신이 필요하므로 초광속 통신이 아닙니다. 측정된 입력 상태를 그대로 보존하며 복제하는 절차도 아닙니다. 이 설명은 이상화한 프로토콜의 개요이며, 실제 장치의 성능이나 보안 보증을 의미하지 않습니다. IBM Quantum의 원격전송 안내에서 절차와 고전 통신의 역할을 확인할 수 있습니다.

출처