구글과 스탠퍼드대학교가 양자컴퓨터를 통해 ‘시간 결정(結晶)’을 처음으로 구현했다. 구글은 이번 연구에 대해 "양자컴퓨터가 물리학 이론 연구에 실제로 활용될 수 있음을 보여주는 사례다"라고 소개했다.
국제학술지 네이처에 따르면, 베디카 케마니 미국 스탠퍼드대 물리학부 교수 연구팀과 페드람 로샨 구글 리서치 연구원 공동연구팀은 구글의 양자컴퓨터 ‘시커모어’에서 시간 결정을 0.1초간 구현했다고 공개했다.
시간 결정은 물질이 외부에서 에너지를 받지 않고도 주기적으로 구조를 바꾸는 특수한 상태를 말한다. 시간 결정에 대한 개념은 지난 2004년 노벨 물리학상을 받은 프랭크 윌첵 미국 매사추세츠공대(MIT) 석좌교수가 2012년 이론으로 처음 제시했다.
이후 양자 상태에서 시간 결정 구현이 가능하다는 분석이 제기됐으며, 연구팀은 구글 퀀텀AI와 협력해 구글의 시커모어 양자컴퓨터의 정보 단위인 큐비트 20개에 움직이는 패턴을 적용하여 시간 결정을 구현했다. 양자컴퓨터는 하나의 정보 단위에 0 또는 1을 동시에 표현할 수 있어 여러 상태를 동시에 계산할 수 있다.
공동 저자이자 스탠퍼드에서 박사과정 취득 후 연구원으로 활동한 Matteo Ippoliti는 "우리는 컴퓨터를 새로운 실험 플랫폼으로 사용하여 물질의 새로운 단계를 인식하고 감지하도록 하고 있다"고 말했다.
스탠퍼드 물리학 조교수이자 이 논문의 수석 저자인 Vedika Khemani는 "시간 결정은 물질의 새로운 유형의 비평형 양자 위상의 놀라운 예시다"라면서 "응축 물질 물리학에 대한 우리의 이해는 대부분 평형 시스템에 기반을 두고 있지만 이러한 새로운 양자 장치는 다물체 물리학의 새로운 비평형 체제에 대한 매혹적인 창을 제공한다"고 말했다.
한편, 양자 컴퓨터는 양자 중첩의 지수적인 정보 표현, 양자 얽힘을 이용한 병렬 연산과 같은 양자역학적인 물리현상을 활용하여 계산을 수행한다. 트랜지스터 및 커패시터 기반의 2진법 디지털 전자 컴퓨터와 완전히 다른 원리로 작동하는 것이 특징이다. QIT 추적 웹사이트 Quantum Computing Report 를 운영하는 Doug Finke 는 "양자 컴퓨팅은 2030년에는 50억~100억 달러의 시장을 형성할 것"이라고 미래 가능성을 점쳤다.
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