최초 양자컴퓨터 듀테론 핵 시뮬레이션 성공

• 핵물리학자들이 최초로 양자컴퓨터에서 원자핵 시뮬레이션 달성.
• 팀이 리게티 19Q(Rigetti 19Q)와 IBM QX5 양자 프로세서에서 클라우드 통해 실행되는 코드 작성.
• 초기 결과로 원격 클라우드 기반 양자 리소스 통해 더 무거운 핵 양자 주도 연구 길 열림.

양자컴퓨팅은 속도 넘어 정보 처리 방식 자체를 변혁합니다. 클래식 컴퓨터가 0 또는 1 비트 쓰는 반면 양자 비트(큐비트)는 두 상태 중첩으로 동시 존재 가능, 계산 가능성 획기적 확장.

오크리지 국립연구소(ORNL) 연구진이 최근 클라우드 기반 양자 프로세서로 양성자 1개와 중성자 1개로 된 안정한 핵 듀테론(deuteron) 시연.

사용 도구

프로젝트 2017년 말 리게티 19Q와 IBM QX5 장치에서 복잡한 핵 시뮬레이션 실행 코드로 시작. 다중 하드웨어 플랫폼 활용으로 다른 양자 아키텍처 간 결과 검증.

팀은 오픈소스 파이썬 라이브러리 pyQuil—양자 명령 언어 프로그램 작성 도구—활용해 양 하드웨어별 코드 생성 후 리게티와 IBM 머신 양쪽에서 실행.

측정 내용

양자컴퓨팅으로 70만 회 이상 개별 측정 수행해 듀테론 결합(또는 분리) 에너지 결정—양성자와 중성자로 분해하는 데 필요한 최소 에너지.

듀테론, 중성자(파랑)와 양성자(빨강) 결합 상태. 이미지 크레딧: 앤디 스프롤스(Andy Sproles)

듀테론 선택 전략적: 가장 단순한 복합 핵, 고도 안정, 바닷물에 자연 풍부해 양자 시뮬레이션 이상적 테스트 케이스.

큐비트가 양성자나 중성자는 아니지만 팀이 핵 특성을 양자 비트에 매핑해 듀테론 결합 에너지 시뮬레이션. 파이온리스 유효장 이론으로 듀테론 해밀토니안 구성, 유니터리 커플드 클러스터 이론 기반 변분 파동함수 안자츠 사용. 회로 깊이 줄여 모든 연산 장치 탈결합 시간 내 수행.

직면한 과제

원격 시뮬레이션 실행으로 지연 발생, 통계적 신뢰성 위해 각 계산 8,000회 반복.

양자 프로세서는 악명 높은 노이즈. 외부 섭동이 측정 결과 크게 변화시킬 수 있음. 완화 위해 인위적 노이즈 주입 후 제로 노이즈 한계로 결과 외삽.

결과 및 시사점

두 큐비트 시뮬레이션 양 프로세서서 작은 불확실성 내 일관된 결과. 무한 공간 외삽 시 계산된 결합 에너지가 알려진 듀테론 값 2% 이내.

세 번째 큐비트 추가로 얽힘 오류로 복잡도 증가했으나 외삽 결과 여전히 정확값 3% 이내.

이 성공들은 양자컴퓨터가 단순한 핵 시스템 정확히 모델링 가능함 입증, 클라우드 기반 양자 접근으로 더 무거운 핵 연구 잠재력 시사—핵 구조, 원소 생성, 우 기원 깊은 통찰 제공.