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IonQ, 양자컴퓨터로 '중성미자 없는 이중 베타 붕괴' 최초 시뮬레이션 성공 양자 컴퓨팅 선도 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)' 현상에 대한 양자 컴퓨터 시뮬레이션을 최초로 성공했다고 25일 발표했습니다. 이번 연구는 양자 컴퓨터가 기존 컴퓨터로는 접근하기 어려운 기초 물리학 현상을 모델링할 수 있다는 가능성을 다시 한번 입증했습니다. 특히, 빅뱅 이후 물질과 반물질이 동등하게 생성되었음에도 불구하고 현재 우주가 대부분 물질로 구성된 이유, 즉 '잃어버린 반물질'의 행방에 대한 과학계의 오랜 질문에 대한 해답을 찾는 데 기여할 것으로 기대됩니다. IonQ의 Forte Enterprise 양자 시스템을 활용한 연구진은 이번 시뮬레이션을 통해 '렙톤 수 위반(lepton-number violation)'이라는 현상을 실시간으로 관찰했습니다. 이는 양자 컴퓨터에서 직접 시뮬레이션된 최초의 사례입니다. '중성미자 없는 이중 베타 붕괴'는 중성미자가 자체의 반입자라는 가설을 뒷받침하며, 입자 물리학의 표준 모형 원리를 위배하는 현상입니다. 이 기술은 과학자들이 양자 컴퓨터를 이용해 핵 역학을 10^-24초라는 극히 짧은 시간 규모로 시뮬레이션할 수 있게 합니다. 이는 1990년대 화학 반응에 대한 통찰력을 제공했던 펨토초(10^-15초) 이미징 시연보다 훨씬 짧은 시간입니다. 이러한 양자 컴퓨팅 기법은 전 세계 고에너지 물리학 실험실에 잠재적인 응용 가능성을 열어줄 것으로 보입니다. IonQ의 Niccolo de Masi CEO는 "이번 성과는 양자 컴퓨팅의 가능성을 넓히려는 IonQ의 노력을 강화한다"며, "자연에서는 관측된 적이 없는 매우 희귀한 기초 물리학 현상을 시뮬레이션함으로써, 양자 컴퓨터가 단순한 이론적 도구가 아니라 발견의 엔진임을 보여주고 있다"고 말했습니다. 이번 시뮬레이션은 워싱턴 대학교 양자 시뮬레이션 연구소(IQuS) 및 미국 에너지부 양자 과학 센터 연구진과의 협력을 통해 진행되었습니다. 연구팀은 IonQ의 트랩된 이온(trapped-ion) 아키텍처의 핵심인 모든-투-모든 연결성(all-to-all connectivity)과 네이티브 게이트(native gates)의 이점을 최대한 활용하는 맞춤형 공동 설계 접근 방식을 채택했습니다. 이를 통해 32개의 큐비트와 오류 완화를 위해 추가로 4개의 큐비트를 사용하여 Forte-세대 시스템에 문제를 효율적으로 매핑할 수 있었습니다. 또한, 2,356개의 2큐비트 게이트를 사용하는 새로운 양자 회로 컴파일 및 오류 완화 기법은 높은 정밀도의 관측을 지원했습니다. 워싱턴 대학교 물리학 교수이자 IQuS 책임자인 Martin Savage는 "이번 연구는 요토초(yocto-second, 10^-24초) 시간 규모에서 핵의 근본적이고 복잡한 붕괴 모드에서 쿼크와 글루온의 재배열을 탐구하는 중요한 첫걸음을 나타낸다"며, "이는 IonQ와 IQuS 간의 1년간의 공동 설계 노력의 결실"이라고 덧붙였습니다. 이번 연구 결과는 핵 및 입자 물리학에서 양자 모델링의 사용을 검증할 뿐만 아니라, 렙톤 수 위반이 발생할 수 있는 다른 과정에 대한 향후 연구의 발판을 마련합니다. IonQ는 하드웨어 역량이 성장함에 따라 이러한 기술을 확장하여 다른 대칭 파괴 현상을 탐구하고 양자 기반 기초 물리학의 최전선을 발전시키는 것을 목표로 합니다. IonQ는 현재 IonQ Forte 및 IonQ Forte Enterprise와 같은 고성능 양자 컴퓨팅 시스템을 제공하며, 2030년까지 2백만 개의 물리적 큐비트를 갖춘 양자 컴퓨터 구축을 목표로 기술 로드맵을 발전시키고 있습니다. IonQ의 기술은 주요 클라우드 제공업체를 통해 제공되어 양자 컴퓨팅의 접근성과 영향력을 높이고 있습니다.