6.12 양자 얽힘

목차 ／ 제6장: 양자 영역

핵심 요점:

• 동원(同源) 규칙: 얽힘은 하나의 원천 사건이 ‘공유된 파동 형성 규칙’을 세워 두 끝에 배분할 때 형성됩니다. 미리 깔린 보이지 않는 거대 그물은 아닙니다.
• 국소 파동 형성: 각 끝은 이 규칙을 자기 주변의 에너지 바다 텐서 지형에 국소적으로 적용하여 한 번의 읽기를 수행합니다. 두 기록을 짝지어 보면 통계적으로 높은 동조가 나타납니다.
• 신호 비전달: 먼쪽 설정을 바꾸면 사후에 결과를 어떻게 분류·집계하느냐만 달라집니다. 각 끝의 주변(한쪽) 분포는 변하지 않으므로 메시지를 보낼 수 없고 인과성은 보존됩니다.

I. 관측되는 사실

• 강한 상관과 설정 의존성: 같은 원천에서 생성된 광자(또는 입자) 한 쌍을 두 위치로 보냅니다. 두 위치는 회전 가능한 동종의 기저에서 독립적으로 측정합니다. 타임스탬프로 두 기록을 짝지으면 상관 강도는 두 설정의 상대 방향에 대한 안정된 법칙을 따릅니다.
• 원거리에서도 유효, 한쪽은 항상 무작위: 공간적으로 충분히 분리하고 엄격한 시간 창을 두면 어느 쪽이든 주변 분포는 균등 무작위로 유지됩니다. 상관은 짝지은 뒤의 통계에서만 드러납니다.
• 지연 선택 / 양자 지우개: 먼저 검출을 마친 뒤 어떤 정보를 보존할지 정하고, 그 기준에 따라 기존 데이터를 분류합니다. 조건부 그룹 안에서 상관 패턴이 나타나거나 사라집니다.
• 얽힘 스와핑: 처음에 독립적인 두 쌍을 준비하고, 중간 지점에서 ‘가운데 두 입자’에 합동 연산을 가합니다. 중간 지점의 결과로 조건을 걸면, 멀리 떨어진 두 끝 사이에 새로운 얽힘 상관이 나타납니다.

II. 물리적 메커니즘(단계별 서술)

• 생성(동원 규칙 확립):
  원천 사건이 에너지 바다에서 텐서와 방향을 연결하는 공동 생성 규칙(동원 규칙)을 정하고 두 끝에 배분합니다. 이는 에너지·정보 채널도, 미리 적어 둔 정답표도 아닙니다. 두 끝의 결과 중 어떤 조합이 통계적으로 동시에 성립 가능한지만 규정합니다.
• 분리와 운반(규칙은 계와 함께 이동):
  두 부분계는 원천에서 멀어지며 각 경로를 따라 동원 규칙을 운반합니다. 채널 잡음이 제어되면 규칙은 유효하지만, 잡음이 누적되면 규칙이 희석되거나 깨집니다.
• 측정(국소 사영과 임계 닫힘):
  각 끝은 선택한 기저를 국소 경계 조건으로 써 넣고, 동원 규칙을 국소적으로 사영합니다. 임계값에 도달하면 한 번의 읽기가 일어납니다. 읽기는 항상 국소 사건입니다.
• 조건부 통계(개조가 아닌 현상화):
  검증된 시간 창에서 두 데이터 흐름을 짝지어 설정에 따라 그룹화합니다. 상관은 통계 처리 속에서 ‘현상화’됩니다. 이는 ‘공동으로 실현 가능한 집합’에 대한 조건화이며, 어느 쪽의 기록도 바꾸지 않습니다.
• 지연 선택 / 양자 지우개(사후 현상화):
  먼저 기록하고, 이후에 그룹화 기준—경로 정보를 보존할지, 간섭을 보존할지—를 정합니다. 바뀌는 것은 통계적 시각뿐이며, 기록을 고치지 않고 신호 채널도 생기지 않습니다.
• 얽힘 스와핑(규칙 재배치):
  중간 지점의 합동 연산은 원래 규칙들의 결합 방식을 국소적으로 재배치합니다. 그 결과를 그룹화 조건으로 쓰면 먼쪽 데이터에서 새로운 상관 패턴이 드러납니다.
• 데코히런스(동조도 저하):
  산란, 열잡음, 매질 변동 같은 무질서 결합이 동원 규칙의 유효성을 약화시킵니다. 짝지은 상관은 강한 동조에서 거의 고전적 합치에 가까운 상태로 퇴화합니다.
• 주변 독립성과 비신호성:
  어느 쪽의 주변 분포도 상대쪽 설정과 무관합니다. 얽힘은 통신 능력을 제공하지 않으며 인과성은 유지됩니다.

III. 전형적 실험 흐름과 ‘조작 패널’

흐름:

1. 안정적인 동원 규칙을 준비합니다(원천의 순도와 안정성을 조정).
2. 두 팔로 분배하고 동등 보상(시간·분산·경로)을 적용합니다.
3. 양 끝에서 기저를 독립적으로 선택하고 검출 타임스탬프를 기록합니다.
4. 임계 닫힘 방식으로 사건별 국소 읽기를 수행합니다.
5. 검증된 시간 창에서 사건을 짝지어 그룹 통계를 수행합니다.
6. 설정을 스캔하여 전체 통계 결과를 얻습니다.

조작 패널(조정 가능한 요소):

• 원천의 순도와 안정성
• 대역폭과 매칭(필터링, 분산 보상)
• 채널 교란(온도, 기계적 응력, 산란)
• 검출 임계값과 데드타임
• 짝짓기 시간 창과 지터 보상
• 그룹화 기준(지연 선택, 지우개 방식)

IV. 전파 과정과의 경계

• 전파형 상호작용: 교란이 매질 내에서 점 대 점으로 전달되며 국소 속도 상한을 따릅니다.
• 협동적 현상화: 동원 규칙이 여러 지점에서 각각 국소적으로 작동하며, 거리 넘는 전송을 수반하지 않습니다.

양자 얽힘은 후자에 속합니다. 하나의 규칙이 각 지점에서 국소적으로 작동하여 통계적 동조가 생기지만, 신호 전달은 일어나지 않습니다.

V. 비유(성질을 밝히기 위한 것으로, 물리를 동일시하지 않음)

모드 잠금 레이저와 위상 잠금 어레이는 직관을 줍니다. 공진기 조건과 이득–손실 균형이 통일된 동작 규칙을 선택하여, 떨어진 영역들이 ‘같은 박자로 전환’되는 듯 보이게 합니다. 이는 공유된 경계 조건이 곳곳에서 국소적으로 작동하기 때문입니다. 양자 얽힘과 동일하지 않고, 비고전적 통계 시그니처도 만들지 않습니다. 이 비유는 **‘하나의 규칙 → 다지점 협조’**가 거시계에서 어떻게 나타나는지 보여 줄 뿐입니다.

VI. 흔한 오해와 설명

• 먼쪽 설정이 국소 결과를 바꾸는가? 바꾸지 않습니다. 달라지는 것은 사후 그룹화뿐이며, 국소 읽기의 무작위성은 유지됩니다.
• 얽힘 = 숨은 변수인가? 아닙니다. ‘규칙’은 두 개의 독립 답안표가 아니라, 양 끝에 국소 투영되는 단일 생성 규칙이며 국소 표로 분해할 수 없습니다.
• 지연 선택이 과거를 바꾸는가? 아닙니다. 통계적 관점을 바꿔 같은 기록의 다른 측면을 드러낼 뿐입니다.
• 데코히런스가 곧 에너지 손실인가? 반드시 그렇지 않습니다. 주로 코히런트 정보의 누설·희석이며, 에너지는 근사적으로 보존될 수 있습니다.

VII. 요약하면

양자 얽힘은 동원 규칙이 두 끝에서 국소적으로 작동하고, 조건부 통계를 통해 강한 상관이 드러나는 현상입니다. 한쪽만 보면 항상 무작위이며 통신 경로는 생기지 않습니다. 지연 선택과 얽힘 스와핑은 각각 사후 통계적 현상화와 규칙 재배치에 해당합니다.

한 문장으로: 하나의 공유 규칙, 국소 파동 형성; 통계적 동조, 신호 없음.