IonQ와 워싱턴 대학교, 우주의 물질-반물질 불균형과 관련된 과정 시뮬레이션

IonQ, 퀀텀 컴퓨터로 우주 물질-반물질 불균형 규명 실마리 찾다 양자 컴퓨팅 선도 기업 IonQ가 획기적인 연구 성과를 발표했습니다. University of Washington 연구진과의 협력을 통해, 우주의 물질-반물질 불균형 현상을 이해하는 데 핵심적인 역할을 할 것으로 기대되는 '중성미자 없는 이중 베타 붕괴(neutrinoless double-beta decay)' 과정을 양자 컴퓨터로 최초로 시뮬레이션하는 데 성공했습니다. 빅뱅 당시에는 물질과 반물질이 동등한 양으로 생성되었어야 하지만, 현재 우주에는 물질이 압도적으로 많고 반물질은 거의 찾아볼 수 없습니다. 이러한 불균형의 원인을 밝히는 것은 물리학계의 가장 큰 과제 중 하나입니다. 이번 연구에서 IonQ의 Forte Enterprise 양자 시스템을 활용하여, 양자 컴퓨터 상에서 직접 시뮬레이션된 적이 없는 '렙톤 수 위반(lepton-number violation)' 현상을 실시간으로 관찰했습니다. 이는 양자 컴퓨터가 기존 컴퓨터로는 접근하기 어려운 근본적인 물리 현상을 모델링할 수 있음을 보여주는 중요한 증거입니다. 이번 시뮬레이션은 우주가 왜 주로 물질로 구성되어 있는지에 대한 이해를 넓히는 새로운 길을 열었습니다. 가설로만 존재하던 '중성미자 없는 이중 베타 붕괴' 핵 과정은 중성미자가 그 자체의 반입자라는 것을 시사하며, 이는 입자 물리학의 표준 모형 원리를 위배하는 현상입니다. 이 기술을 통해 과학자들은 10⁻²⁴초라는 극히 짧은 시간 규모에서 핵 역학을 시뮬레이션할 수 있게 되었습니다. 이는 1990년대 화학 반응에 대한 새로운 통찰력을 제공했던 펨토초(10⁻¹⁵초) 수준의 이미징 시연보다도 훨씬 짧은 시간입니다. 이와 유사한 과학적 돌파구가 이 새로운 양자 컴퓨팅 기술을 통해 가능해질 수 있으며, 전 세계 고에너지 물리학 실험실에 응용될 잠재력을 가지고 있습니다. IonQ의 Niccolo de Masi CEO는 "이번 성과는 양자 컴퓨팅의 가능성을 확장하려는 IonQ의 노력을 강화합니다. 자연에서는 거의 관찰되지 않는 희귀한 근본 물리 과정을 시뮬레이션함으로써, 우리는 양자 컴퓨터가 단순한 이론적 도구가 아니라 발견의 엔진임을 보여주고 있습니다."라고 말했습니다. 이번 시뮬레이션은 University of Washington의 InQubator for Quantum Simulation (IQuS) 및 미국 에너지부 양자 과학 센터 연구진과의 협력으로 진행되었습니다. 연구팀은 IonQ의 양자 하드웨어 역량을 최대한 활용하기 위해 맞춤 설계된 접근 방식을 채택했습니다. 특히 IonQ의 트랩 이온 아키텍처의 핵심인 모든-대-모든 연결성(all-to-all connectivity)과 네이티브 게이트(native gates)를 활용했습니다. 이를 통해 32개의 큐비트와 추가 4개의 큐비트를 오류 완화에 사용하여 Forte-세대 시스템에 문제를 효율적으로 매핑할 수 있었습니다. 또한, 새로운 양자 회로 컴파일 및 오류 완화 기법은 2,356개의 2큐비트 게이트를 사용하는 대규모 시뮬레이션을 지원하여 높은 정밀도의 관찰 결과를 도출했습니다. University of Washington 물리학 교수이자 IQuS 책임자인 Martin Savage는 "이번 연구는 쿼크와 글루온의 재배열을 요토초(10⁻²⁴초) 시간 규모에서 탐구하는 데 있어 중요한 첫걸음을 나타냅니다. 이는 IonQ와 IQuS 간의 1년간의 공동 설계 노력의 결실이며, IonQ의 최첨단 트랩 이온 양자 컴퓨터를 중심으로 이루어졌습니다."라고 밝혔습니다. 이번 연구 결과는 핵물리학 및 입자물리학에서 양자 모델링의 사용을 검증할 뿐만 아니라, 렙톤 수 위반이 발생할 수 있는 다른 과정에 대한 미래 연구의 기반을 마련합니다. IonQ는 하드웨어 역량이 성장함에 따라 이러한 기술을 확장하여 다른 대칭성 파괴 현상을 탐구하고 양자 기반 근본 물리학의 최전선을 발전시키는 것을 목표로 하고 있습니다. 연구 결과 전문은 https://arxiv.org/abs/2506.05757 에서 확인할 수 있습니다. IonQ, Inc.는 세계에서 가장 크고 복잡한 상업 및 연구 사용 사례를 해결하기 위한 고성능 시스템을 제공하는 선도적인 상용 양자 컴퓨팅 및 네트워킹 회사입니다. IonQ의 현재 세대 양자 컴퓨터인 IonQ Forte와 IonQ Forte Enterprise는 최첨단 시스템 라인의 최신 제품이며, 2030년까지 2백만 개의 물리적 큐비트를 갖춘 양자 컴퓨터 구축이라는 목표를 향해 나아가는 회사의 기술 로드맵의 최전선을 대표합니다. 이 회사의 혁신적인 기술과 빠른 성장은 Newsweek의 2025 Excellence Index 1000, Forbes의 2025 Most Successful Mid-Cap Companies 목록, 그리고 Built In의 각각 워싱턴 D.C. 및 시애틀 지역 2025 Best Midsize Places to Work 100대 기업에 선정되었습니다. 모든 주요 클라우드 제공업체를 통해 이용 가능한 IonQ는 양자 컴퓨팅을 그 어느 때보다 접근 가능하고 영향력 있게 만들고 있습니다. 더 자세한 내용은 IonQ.com에서 확인할 수 있습니다.