이미 수많은 양자 컴퓨터가 존재한다고 하는데, 왜 아무도 불투명한 물체 대신 큐비트를 사용해서 1999년 크비아트 등이 수행한 양자 제노 실험을 재현하지 않은 걸까요?
조건부 위상 게이트(또는 분산 판독)를 사용하지 않는 이유는 무엇입니까? 불투명한 물체(빛을 차단/흡수하는 물체)에서 복굴절하는 물체(위상을 변화시키는 물체)로 바꾸면, 제논의 "생존 테스트"에서 훨씬 더 디코히어런스에 강한 "간섭 테스트"로 전환할 수 있습니다. 1. 전환점: "벽"에서 "렌즈"로 원래의 크비아트/제노 실험에서 "폭탄"(관찰자 $P$)은 벽의 역할을 합니다. 작동 원리: 광자를 차단(흡수)하거나 통과시킵니다. 문제점: 대상이 중첩 상태에 있음을 증명하려면 광자가 "위험 구역"(N → ∞)을 여러 번 통과해야 합니다. 어떤 불완전함이라도 손실로 이어지며, 이는 붕괴와 유사한 현상을 나타냅니다. 폭탄 대신 복굴절 렌즈를 사용하는 건 어떨까요? 작동 원리: 이 물체는 광자가 두 가지 상태 모두에서 통과하도록 허용하지만, 물체의 상태에 따라 특정 위상 변화 또는 편광 회전으로 광자에 "표시"를 합니다. 객체가 $|\uparrow\rangle$인 경우: 광자는 위상 $+\phi$로 통과합니다. 객체가 $|\downarrow\rangle$인 경우: 광자는 $-\phi$의 위상으로 통과합니다. 결과: 광자는 절대 차단되지 않습니다. 항상 통과하며, 시스템은 고정되는 대신 얽힘 상태가 됩니다. 2. 공학적 난제 극복 A. "낮은 N" 문제 해결 (단일 실행 솔루션) 제노 효과를 이용하여 상태를 "고정"시키려면 약 20~100회의 주기(N)가 필요합니다. 복굴절 소자를 사용하는 경우에는 단 1회의 주기(N=1)만 필요합니다. 객체의 진화를 고정할 필요는 없습니다. 단지 객체의 진화와 상관관계를 파악하면 됩니다. 광자가 한 번만 상호작용하면 위상 정보를 전달합니다. 이는 실험 시간을 마이크로초에서 나노초로 단축시켜 "디코히런스 클록"보다 빠른 결과를 가져옵니다. B. "낮은 상호작용"(약한 측정) 문제 해결 제노 실험에서 "폭탄"의 불투명도가 50%에 불과하면 실험은 실패합니다. 하지만 이 실험에서는 상호작용이 약하더라도 (예를 들어 위상차가 매우 작아서 10° 정도인 경우) 실험은 여전히 성공할 수 있습니다. 간섭계: 출력 광자를 기준 빔과 혼합합니다. 아주 작은 위상 변화라도 간섭 무늬에 감지 가능한 변화를 일으킵니다. 약한 상호작용: 실험을 여러 번 반복하면 약한 상호작용에서도 중첩의 간섭 패턴과 고전적인 혼합물의 간섭 패턴을 통계적으로 구분할 수 있습니다. C. "낮은 에타" 문제 해결 (선전 전략) 이것이 가장 중요한 부분입니다. 탐지기가 작동했음에도 불구하고 "높은 신뢰도로" 정보를 복구할 수 있을까요? 해결책: 헤럴딩(사후 선택) 기법을 사용합니다. 경로 끝에 탐지기를 배치하고 탐지기가 실제로 클릭한 위치의 데이터만 분석합니다. 결과: 살아남은 광자들이 큐비트와 상관관계가 있는 간섭 무늬를 보인다면, 우리는 특정 사건에 한해서 중첩 상태가 온전하게 유지되었음을 증명한 것입니다. 단서: 이 해결책은 많은 사람들을 만족시킬 수 있습니다. 하지만 완고한 회의론자에 맞서 RQM의 정당성을 완전히 입증하지는 못할 것입니다. 회의론자는 여전히 검출상의 허점을 지적하며 "붕괴는 실제로 일어났습니다! 손실된 50%의 광자(낮은 에타)에서도 일어났습니다. 당신은 살아남은 광자만 보여주고 있습니다."라고 주장할 수 있습니다. 이 허점을 완전히 해결하려면 여전히 높은 효율(에타 > 82%)이 필요하지만, 복굴절 소자를 이용한 방식이 제노 소자를 이용한 방식보다 훨씬 높은 효율을 달성할 가능성이 높습니다. 투명한 결정체를 통과하는 빛은 거울에 반사시키는 것보다 본질적으로 손실이 적기 때문입니다. 3. 구체적인 실험 구성 이 개념을 구현하기 위해 고전적인 의미의 "편광기"는 사용하지 않을 것입니다. 대신, 이러한 유형의 "메조스코픽 중첩"에 가장 유력한 후보인 회로 양자 전기역학(초전도 큐비트)을 사용할 것입니다. 설정: 관찰자($P$): 마이크로파 공동 내부에 있는 트랜스몬 큐비트(육안으로 볼 수 있는 인공 원자). 우리는 이를 중첩으로 준비합니다: $\frac{1}{\sqrt{2}}(|g\rangle + |e\rangle)$. 시스템($S$): 마이크로파 광자 펄스. 복굴절(분산 편이): 우리는 공진기를 분산 영역으로 조정합니다. 큐비트가 $|g\rangle$인 경우, 공동은 실질적으로 "굴절률 A"를 갖게 됩니다. 큐비트가 $|e\rangle$인 경우, 공동의 굴절률은 "B"입니다. 탐지기: 중요한 정정: 검출기를 "물체의 위치"에 배치한다고 언급하셨는데, 이는 중첩 상태를 파괴합니다. 검출기는 공동 뒤쪽에 배치합니다. 반사된 광자의 위상을 측정(호모다인 검출)한 다음 큐비트의 상태를 측정합니다. 정당성 입증: 우리는 광자의 위상과 큐비트의 상태 사이의 벨 상관관계를 찾습니다. 이러한 상관관계가 관찰되면, 광자가 큐비트에 부딪혔을 때 큐비트가 고전적인 상태로 "붕괴"되지 않고 광자와 얽힌 중첩 상태에 들어갔다는 것을 증명한 것입니다. 이 실험은 오늘날 기술적으로 실현 가능하며, 로벨리가 상상했던 "정교한 실험"에 가장 적합한 후보입니다.