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퀀텀 컴퓨팅 선도 기업 IonQ, 우주 물질-반물질 불균형 규명 단서 찾았다 IonQ와 워싱턴대학교, 우주의 물질-반물질 불균형과 관련된 과정 최초로 양자 컴퓨터 시뮬레이션 성공 양자 컴퓨터를 활용한 대칭성 깨짐 현상 시뮬레이션, 양자 기반 기초 물리학 연구 지평 넓힐 가능성 [서울=뉴스핌] 김민준 기자 = 상용 양자 컴퓨팅 및 네트워킹 기업 IonQ(NYSE: IONQ)가 우주의 물질-반물질 불균형을 이해하는 데 중요한 단서를 제공할 수 있는 '중성미자 없는 이중 베타 붕괴(neutrinoless double-beta decay)' 과정을 양자 컴퓨터로 최초 시뮬레이션했다고 발표했습니다. 빅뱅 당시에는 물질과 반물질이 동일한 양으로 생성되었어야 하지만, 현재 우리가 관측하는 우주는 대부분 물질로 이루어져 있고 반물질은 극히 일부만 존재합니다. 과학계의 오랜 숙원 중 하나는 바로 이 '사라진 반물질'의 행방을 밝혀내고, 이를 통해 우주의 근본적인 법칙에 대한 통찰을 얻는 것입니다. IonQ의 Forte Enterprise 양자 시스템을 활용한 이번 연구에서 연구진은 양자 컴퓨터로 직접 시뮬레이션된 적 없는 '렙톤 수 위반(lepton-number violation)' 현상을 실시간으로 관측했습니다. 이는 기존의 고전 컴퓨터로는 접근하기 어려웠던 기초 물리학 과정을 양자 컴퓨터가 모델링할 수 있음을 보여주는 또 다른 증거입니다. 이번 시뮬레이션은 왜 우주가 주로 물질로 구성되어 있는지에 대한 전 세계적인 연구 노력에 새로운 길을 열어줄 것으로 기대됩니다. 가설로만 존재하던 '중성미자 없는 이중 베타 붕괴' 핵 과정은 중성미자가 그 자체의 반입자이며, 이는 입자 물리학의 표준 모형 원리를 위배하는 현상입니다. 이 기술은 과학자들이 양자 컴퓨터를 이용해 10⁻²⁴초라는 극히 짧은 시간 규모의 핵 역학을 시뮬레이션할 수 있게 합니다. 이는 1990년대 화학 반응에 대한 새로운 통찰을 제공하고 화학 결합의 형성 및 파괴 과정에서 원자의 재배열 방식을 밝혀냈던 펨토초(10⁻¹⁵초) 단위의 이미징 시연보다도 훨씬 짧은 시간입니다. 이 새로운 양자 컴퓨팅 기술은 전 세계 고에너지 물리학 실험실에 잠재적인 응용 가능성을 가지며, 유사한 과학적 돌파구를 열 수 있을 것으로 보입니다. IonQ의 Niccolo de Masi CEO는 "이번 성과는 양자 컴퓨팅의 가능성을 확장하려는 IonQ의 노력을 재확인시켜 준다"며 "자연에서는 거의 관측되지 않는 희귀한 기초 물리학 과정을 시뮬레이션함으로써, 우리는 양자 컴퓨터가 단순한 이론적 도구를 넘어 발견을 이끄는 엔진이 될 수 있음을 보여주고 있다"고 말했습니다. 이번 시뮬레이션은 워싱턴대학교 양자 시뮬레이션 연구소(InQubator for Quantum Simulation, IQuS)와 미국 에너지부 양자 과학 센터(Quantum Science Center) 연구진과의 협력을 통해 진행되었습니다. 연구팀은 IonQ의 양자 하드웨어 역량을 최대한 활용하기 위해 맞춤 설계된 접근 방식을 채택했습니다. 여기에는 IonQ의 트랩 이온 아키텍처의 핵심인 모든 큐비트 간의 연결성(all-to-all connectivity)과 네이티브 게이트(native gates)가 포함됩니다. 이를 통해 32개의 큐비트와 오류 완화를 위해 추가로 4개의 큐비트를 사용한 Forte 시스템에 문제를 효율적으로 매핑할 수 있었습니다. 또한, 새롭게 개발된 양자 회로 컴파일 및 오류 완화 기술은 2,356개의 2큐비트 게이트를 사용하는 대규모 시뮬레이션을 지원하며 높은 정밀도의 관측 결과를 도출했습니다. 워싱턴대학교 물리학과 교수이자 IQuS 소장인 Martin Savage는 "이번 연구는 요토초(10⁻²⁴초) 시간 규모에서 핵의 근본적이고 복잡한 붕괴 모드에서 쿼크와 글루온의 재배열을 탐구하는 중요한 첫걸음"이라며 "이는 IonQ와 IQuS 간의 1년간의 공동 설계 노력의 결실이며, IonQ의 최첨단 트랩 이온 양자 컴퓨터를 중심으로 이루어졌다"고 설명했습니다. 이번 연구 결과는 핵물리학 및 입자물리학에서 양자 모델링의 유용성을 입증할 뿐만 아니라, 렙톤 수 위반이 발생할 수 있는 다른 과정에 대한 향후 연구의 발판을 마련했습니다. IonQ는 하드웨어 역량이 성장함에 따라 이러한 기술을 확장하여 다른 대칭성 깨짐 현상을 탐구하고 양자 기반 기초 물리학의 지평을 넓혀나갈 계획입니다. 연구 결과의 전체 내용은 https://arxiv.org/abs/2506.05757에서 확인할 수 있습니다. IonQ, Inc.는 세계에서 가장 크고 복잡한 상업 및 연구 과제를 해결하기 위한 고성능 시스템을 제공하는 선도적인 상용 양자 컴퓨팅 및 네트워킹 기업입니다. IonQ의 현재 세대 양자 컴퓨터인 IonQ Forte와 IonQ Forte Enterprise는 최첨단 시스템 라인의 최신 제품이며, 2030년까지 200만 개의 물리적 큐비트를 갖춘 양자 컴퓨터 구축이라는 목표를 향해 나아가는 회사의 기술 로드맵의 최전선에 있습니다. 이 회사의 혁신적인 기술과 빠른 성장은 Newsweek의 2025 Excellence Index 1000, Forbes의 2025 Most Successful Mid-Cap Companies 목록, 그리고 Built In의 각각 워싱턴 DC 및 시애틀 지역 2025 Best Midsize Places to Work 100대 기업에 선정되는 등 높은 평가를 받았습니다. 모든 주요 클라우드 제공업체를 통해 이용 가능한 IonQ는 양자 컴퓨팅을 그 어느 때보다 더 접근 가능하고 영향력 있게 만들고 있습니다. 자세한 내용은 IonQ.com에서 확인할 수 있습니다.