§1얽힘이란 무엇인가

두 입자를 특별한 방식으로 함께 만들면, 둘의 운명이 하나의 파동함수로 묶입니다. 예를 들어 두 전자의 스핀을 얽으면, 각각은 측정 전까지 "위"도 "아래"도 아닌 중첩 상태이지만, 둘의 합은 항상 정해져 있습니다(예: 반드시 서로 반대). 한쪽을 측정해 "위"가 나오는 순간, 아무리 멀리 있어도 다른 쪽은 즉시 "아래"로 확정됩니다.

§2EPR 역설과 벨의 판결

1935년 아인슈타인·포돌스키·로젠(EPR)은 이 즉각적 연결이 상대성이론(어떤 정보도 빛보다 빠를 수 없음)과 충돌한다며, 양자역학이 불완전하다고 주장했습니다. "입자에는 우리가 모르는 '숨은 변수'가 미리 새겨져 있을 것"이라는 거죠. 30년 뒤 존 벨은 이 논쟁을 실험으로 판가름할 부등식을 만들었습니다. 숨은 변수가 있다면 상관관계가 어떤 한계를 넘을 수 없는데, 양자역학은 그 한계를 넘는다고 예측한 것입니다. 결과는? 수많은 실험이 벨 부등식의 위배를 확인했고, 자연은 아인슈타인이 아니라 양자역학의 손을 들어주었습니다(2022년 노벨물리학상).

§3그런데 왜 초광속 통신은 안 되는가

얽힘이 "즉각적"이라면 빛보다 빠른 통신이 가능할까요? 불가능합니다. 측정 결과는 완전히 무작위라, 내가 화성의 짝에게 원하는 메시지를 "새겨 보낼" 방법이 없기 때문입니다. 양쪽이 각자 본 것은 그냥 무작위 수열이고, 나중에 고전적인(빛보다 느린) 통신으로 대조해야만 비로소 상관관계가 드러납니다. 그래서 상대성이론은 무사합니다. 대신 이 상관관계는 양자 암호(도청하면 즉시 들킴)와 양자컴퓨터·양자 순간이동의 핵심 자원이 됩니다.