본인의 과거를 기억하는 기이한 입자의 탄생 (양자 컴퓨터)

최근 물리학자들은 "자신의 과거를 기억하는 기이한 입자가 양자 컴퓨터 내부에서 생성됐다"라는 연구 결과를 발표했습니다.

 

연구에 따르면 물리학자들은 과거 기억을 통해 그들을 새로운 행동과 복잡하게 얽힌 설계로 함께 엮을 수 있었습니다. 자신의 과거를 기억할 수 있는 이 이상한 입자는 양자 컴퓨터 내부에서 생성됐습니다. 과학자들은 이 입자가 양자 현상을 더 깊이 조사하는 데 사용될 수 있다고 봤습니다.

 

비아벨리안 애니온이라 불리는 이 준입자는 서로 교환될 때 이전 위치에 대한 기록을 유지합니다. 이에 따라 물리학자들은 이것을 새롭고 이상한 동작을 가지는 복잡하게 얽힌 디자인으로 함께 엮을 수 있습니다. 대부분의 아원자 입자가 어떻게 행동하는지 이해하기 위해 우리는 세 개의 동일한 컵 중 하나의 컵 아래에 공을 숨긴 다음, 빠르게 섞는 길거리 게임을 상상할 수 있습니다.

 

이른바 야바위라 불리는 이 게임에서와 마찬가지로 움직임을 추적하지 않고 완벽하게 동일한 세 개의 입자를 여러 차례 교체한다면, 우리는 컵이 움직이지 않을 때까지 어느 것이 무엇인지 추측할 방법이 없습니다. 양자물리학 전문 용어로 우리는 입자가 아벨적이라고 말하는데, 입자를 관찰하는 순서는 구분할 수 없기 때문에 이는 중요하지 않습니다. 그러나 아벨 주의자가 아닌 사람에게는 그 반대의 경우가 됩니다.

 

지난 1982년 이론물리학자 프랭크 윌첵이 처음으로 제안한 이 기괴한 입자는 위치가 바뀔 때마다 서로 더 얽히게 되고 양자 진동이 바뀌어 훨씬 더 복잡한 띠를 형성합니다. 이 끈은 입자가 사라진 후에도 여전히 눈에 보입니다. 양자 컴퓨터를 설계하는 물리학자들에게 이것은 아벨주의자가 아닌 누구에게나 매우 매혹적인 특성을 제공합니다.

 

양자비트 및 큐비트는 쉽게 잡음에 노출되고 뒤섞일 수 있기 때문에 과학자들은 종종 비트 자체가 아닌 서로 상대적으로 배열되는 방식으로 양자 시스템의 정보를 인코딩하려고 시도합니다. 입자를 만든 양자 컴퓨팅 회사 퀀티넘의 이론 물리학자인 헨릭 드라이어는 모든 페이지가 비어 있지만, 한 번에 보면 정보가 천천히 쌓이는 책을 상상해 보라며 비유를 들었습니다.

 

드라이어는 "한 페이지를 긁어내더라도 상관이 없다. 정보는 페이지 간의 상관관계에 있기 때문"이라고 말했습니다. 드라이어는 "지금까지 양자 컴퓨터를 연구하는 물리학자들이 아벨 입자 또는 완전히 상호 교환 가능한 입자를 사용하여 페이지를 연결했다"라고 설명했습니다. 이는 노이즈를 설명하는 효과적인 방법이지만, 아벨 입자는 서로 구별할 수 없기 때문에 큐비트가 섞이는 것을 방지하기 위해서는 계산적으로 집약적인 해결 방법이 필요합니다.

 

이 문제를 해결할 방법을 찾기 위해 드라이어와 동료들은 강력한 자기장 안에 바륨과 이테르븀 이온을 가둔 뒤 레이저로 이온을 조정해 큐비트로 변환하는 새로운 양자 컴퓨터 H2를 개발했습니다. 연구진은 이러한 큐비트를 복잡한 끈 모양 배열로 서로 얽히게 했고, 아벨이 아닌 모든 사람에 대해 예측된 것과 정확히 동일한 큐비트 특성을 부여했다는 사실을 알아냈습니다.

 

이 결과는 파악하기 어려운 입자를 생성하는 것과 동일합니다. 드라이어는 "시뮬레이션 된 것이 아니라 실제"라며 "그것은 단지 수학적 정의일 뿐"이라고 강조했습니다. 물 얼음을 예시로 든 드라이어는 "얼음과 성질은 같지만, 물이 없는 결정을 만든다면 시뮬레이션이라고 할 수 있지 않나"라고 질문을 던진 뒤 "하지만 이 경우엔 누구든지 정의하는 것은 단지 얽힘에 관한 것"이라 덧붙였습니다.

 

과학자들은 보다 강력한 양자 시스템을 구축하는 데 도움을 줄 뿐만 아니라, 아벨 주의자가 아닌 사람이라면 누구나 대규모 얽힘에서 나타나는 이상한 양자 효과를 더 깊이 조사하기 위한 고급 실험을 설계하는 데 도움을 줄 것이라고 주장합니다.

 

드라이어는 "여기에서 나오는 가장 흥미로운 점은 이러한 종류의 상태를 계산 목적이 아니라 단지 연구 질문을 하는 용도로 사용한다는 것"이라고 이야기했습니다. 이어 그는 "이것은 기존 컴퓨터로는 할 수 없었던 새로운 실험을 수행함으로써 과학 도구로서 사람들에게 어느 정도 가치를 제공할 수 있다"라고 덧붙였습니다.