퀀텀 컴퓨팅의 기초: 양자 얽힘과 비국소성 이해

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대상자

• 소프트웨어 개발자, 데이터 과학자, 양자 컴퓨팅 초보자
• 중간 난이도: 양자 역학 기초 지식이 있는 이에게 적합

핵심 요약

• 양자 얽힘(Bell state): 두 큐비트가 서로의 상태를 결정하는 비국소적 상관관계를 생성하는 양자 상태
• EPR 역설: 아인슈타인-포돌스키-로젠이 제기한 "양자역학의 완전성 의문"으로, 비국소성과 관측의 역할을 논의
• 비국소성(Non-locality): 양자 상태의 측정이 공간적으로 분리된 입자에 즉각적 영향을 미치는 현상
• 코드 예제: GitHub에서 QuantumCircuit 클래스를 사용한 Bell 상태 생성 실습

섹션별 세부 요약

1. 양자 얽힘(Bell State)

• 두 큐비트가 얽혀 서로의 상태를 결정하는 양자 상태로, 4가지 Bell 상태가 존재
• BellState = |Φ⁺⟩ = (|00⟩ + |11⟩)/√2와 같은 수학적 표현 사용
• 양자 통신 및 양자 암호화의 기초 원리

2. EPR 역설과 양자 역학의 해석

• EPR 논문에서 "은하계 수준의 비국소성"을 주장하며, 양자역학의 완전성에 의문을 제기
• 측정이 입자의 상태를 결정한다는 해석(예: 코펜하겐 해석)에 대한 논쟁
• 양자 상태의 비국소적 상관관계는 실험적으로 증명됨(예: 체르노프-보머 실험)

3. 비국소성과 양자 컴퓨팅의 적용

• 양자 상태의 비국소적 특성은 양자 알고리즘(예: Shor's algorithm)의 효율성에 기여
• 양자 텔레포테이션, 양자 암호화(QKD) 등에 직접적인 영향
• Python의 Qiskit 라이브러리로 시뮬레이션 가능

결론

• 핵심 팁: Bell 상태 생성을 위한 QuantumCircuit.h()와 QuantumCircuit.cx() 함수의 사용법을 익히고, 비국소성의 실증 실험을 통해 개념을 체화하라.
• 예제 코드: GitHub 링크에서 제공된 QuCode_Day11_QuantumEntanglement_Ex1.py 파일을 실행하여 직접 테스트 가능.