.Quantum Simulation Shows How Reality Could Collapse Like a House of Cards
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양자 시뮬레이션은 현실이 카드로 만든 집처럼 붕괴될 수 있음을 보여줍니다
리즈 대학교 에서2025년 5월 3일7개의 댓글, 우주 붕괴 개념 과학자들은 획기적인 연구에서 5564큐비트 양자 어닐러를 사용하여 우리 우주가 더 안정된 상태로 붕괴될 가능성, 즉 거짓 진공 붕괴(false vacuum decay)라고 알려진 현상을 시뮬레이션했습니다. 이들의 결과는 양자 거동에 대한 새로운 시각을 제시하고, 전례 없는 정밀성으로 현실의 구조를 탐구할 수 있는 문을 열었습니다. 출처: SciTechDaily.com
물리학자들은 우주의 가장 난해한 미스터리 중 하나를 풀어낼 우주 시뮬레이션을 해냈습니다. 우리는 더 안정적인 현실로 붕괴될 준비가 된 깨지기 쉽고 일시적인 존재 상태에 살고 있는 것일까요? 강력한 양자 기계를 사용하여 그들은 우주적 변화를 상징하는 거품이 깜빡이며 생명을 얻는 모습을 관찰했습니다. 이는 언젠가 현실의 구조를 재편할 수 있는 과정을 직접 목격할 수 있는 기회를 제공했습니다.
이 연구는 단순히 우주의 비밀을 밝히는 데 그치지 않고, 양자 컴퓨팅의 혁명을 암시 하며 우리가 시간, 공간, 그리고 기술을 이해하는 방식을 재정의할 수도 있습니다. 우주 시한폭탄 공개 물리학자들은 우주의 궁극적 운명을 언젠가 결정할 수 있는 신비한 과정에 대한 새로운 통찰력을 제공하는 중요한 새로운 시뮬레이션을 수행했습니다. 약 50년 전, 이론 물리학자들은 우리 우주가 "거짓 진공"에 갇혀 있을지도 모른다고 주장했습니다. 이는 안정적으로 보이지만 실제로는 일시적인 상태일 수 있는 상태입니다. 이 생각에 따르면, 우주는 언제든지 더 안정적인 "진정한 진공" 상태로 전이할 수 있습니다.
만약 그렇게 된다면, 현실의 구조 자체가 즉각적이고 극적으로 변하여 모든 것을 구성하는 근본적인 힘과 입자들을 변화시킬 수 있습니다. 과학자들은 이러한 전이가 가까운 시일 내에, 심지어 실제로 일어난다 하더라도 매우 가능성이 낮다고 생각하지만, 수백만 년 또는 수십억 년에 걸친 시간 척도로 발생할 수 있습니다. 세 곳의 연구 기관으로 구성된 국제 연구팀은 강력한 양자 시뮬레이션을 사용하여 이러한 거짓 진공 붕괴가 어떻게 전개될 수 있는지 탐구했습니다. 이들의 연구는 초기 우주와 물질의 가장 작은 구성 요소를 지배하는 양자 거동에 대한 새로운 이해를 제공합니다. 이 프로젝트는 리즈 대학교의 즐라트코 파픽 교수와 독일 율리히 연구소의 야카 보뎁 박사가 이끌었습니다.
D-Wave 어닐링 양자 컴퓨터 어닐링 양자 컴퓨터. 출처: D-Wave Quantum Inc.
카드의 집: 이해관계 "우리는 우주의 구조가 완전히 바뀌는 과정에 대해 이야기하고 있습니다."라고 논문의 주저자인 리즈 대학교 물리천문학부 이론물리학 교수 파픽 교수는 말했다. "기본 상수는 순식간에 변할 수 있으며, 우리가 아는 세상은 마치 카드로 만든 집처럼 무너질 것입니다. 우리에게 정말 필요한 것은 이 과정을 관찰하고 시간 척도를 결정하기 위한 통제된 실험입니다." 이 연구는 양자 역학, 즉 양자 역학의 기묘한 법칙 하에서 시스템이 어떻게 진화하는지 탐구하는 데 있어 중요한 도약을 보여줍니다. 이 팀의 시뮬레이션은 양자 컴퓨팅 발전에 실질적인 영향을 미칠 수 있으며, 이는 언젠가 과학자들이 현실 그 자체의 본질에 대한 가장 어려운 수수께끼를 해결하는 데 도움을 줄 것입니다.
거짓 진공 거품 양자 어닐러는 거짓 진공 붕괴의 기본 과정을 시뮬레이션하여 진정한 진공 기포 간의 상호작용을 이해할 수 있는 새로운 지평을 열었습니다. 출처: 리즈 대학교 즐라트코 파픽 교수 (이미지는 Povray를 사용하여 제작되었습니다)
우주 퍼즐 시뮬레이션 리즈 대학교, 율리히 연구소(Forschungszentrum Jülich)와 오스트리아 과학기술연구소(ISTA)가 공동으로 진행한 이 연구는 거짓 진공 붕괴의 핵심 퍼즐, 즉 그 기저에 깔린 메커니즘을 이해하고자 했습니다. 연구진은 D-Wave Quantum Inc.에서 설계한 양자 기계의 일종인 5564큐비트 양자 어닐러를 사용했습니다. 이 기계는 양자역학 시스템의 고유한 특성을 활용하여 가능한 해법 집합에서 최적의 해법을 찾는 복잡한 최적화 문제를 해결합니다.
최근 Nature Physics 에 게재된 논문에서 연구팀은 이 기계를 사용하여 가상 진공 상태에서 기포의 거동을 어떻게 모방했는지 설명합니다. 이 기포는 이슬점 이하로 냉각된 수증기에서 형성되는 액체 기포와 유사합니다. 이러한 기포의 형성, 상호작용, 그리고 확산이 가상 진공 붕괴의 원인으로 알려져 있습니다. 리즈 대학교에서 박사 학위를 취득한 ISTA의 박사후 연구원인 공동 저자인 장 이브 드솔스 박사는 이렇게 말했습니다.
"이 현상은 궤적을 따라 여러 개의 계곡이 있지만 '진정한' 가장 낮은 상태는 지면 수준에 하나뿐인 롤러코스터와 비슷합니다. "만약 그것이 사실이라면, 양자역학은 우주가 결국 가장 낮은 에너지 상태, 즉 '진정한' 진공으로 터널링되는 것을 허용할 것이고, 그 과정은 대격변적인 지구적 사건을 초래할 것입니다."
D-W
ave 양자 어닐러 Forschungszentrum Jülich Forschungszentrum Jülich의 JUNIQ 빌딩에 있는 D-Wave 양자 어닐러. 출처: Forschungszentrum Jülich / Sascha Kreklau
양자 거품은 숨겨진 춤을 드러낸다 양자 어닐러를 통해 과학자들은 거품의 복잡한 "춤"을 관찰할 수 있었는데, 이는 거품이 어떻게 형성되고, 성장하고, 실시간으로 상호작용하는지를 보여줍니다. 이러한 관찰을 통해 이러한 역학이 고립된 사건이 아니라, 작은 거품이 큰 거품에 어떻게 영향을 미치는지 등 복잡한 상호작용을 수반한다는 것이 밝혀졌습니다. 연구팀은 이번 발견이 빅뱅 직후 이러한 전이가 어떻게 일어났을지에 대한 새로운 통찰력을 제공한다고 밝혔 습니다 .
이 논문의 첫 번째 저자이자 율리히 대학교의 박사후 연구원인 보데브 박사는 "저희 팀은 대형 양자 어닐러의 성능을 활용하여 기존 컴퓨팅 방법으로는 탐구하기 어려웠던 비평형 양자 시스템과 상전이를 연구할 수 있는 문을 열었습니다."라고 말했습니다. 양자 시뮬레이션의 새로운 시대 물리학자들은 오랫동안 거짓 진공 붕괴 과정이 실제로 일어날 수 있는지, 그리고 만약 그렇다면 얼마나 걸릴지에 대해 의문을 제기해 왔습니다. 그러나 양자장론의 다루기 힘든 수학적 특성 때문에 해답을 찾는 데는 거의 진전이 없었습니다. 연구팀은 이러한 복잡한 문제를 해결하는 대신, 새롭게 개발된 장치와 하드웨어를 사용하여 연구할 수 있는 더 간단한 문제에 대한 해답을 찾기 시작했습니다.
이는 과학자들이 이처럼 대규모로 거짓 진공 붕괴의 역학을 직접 시뮬레이션하고 관찰할 수 있었던 최초의 사례 중 하나로 여겨집니다. 이 실험은 양자 컴퓨팅의 기본 구성 요소인 5564개의 큐비트를 거짓 진공을 나타내는 특정 배열에 배치하는 것을 포함했습니다. 연구진은 시스템을 정밀하게 제어함으로써 거짓 진공에서 참 진공으로의 전이를 유도하여 거짓 진공 붕괴 이론에서 설명하는 기포 형성 과정을 반영할 수 있었습니다. 이 연구는 1차원 모델을 사용했지만, 동일한 어닐러에서 3차원 모델도 가능할 것으로 예상됩니다. D-Wave 머신은 율리히 슈퍼컴퓨팅 센터의 율리히 통합 양자 컴퓨팅 인프라(JUNIQ)에 통합되어 있습니다.
JUNIQ는 과학계와 산업계에 최첨단 양자 컴퓨팅 장치에 대한 접근성을 제공합니다. 실험실 속의 테이블탑 우주 파픽 교수는 이렇게 말했습니다. "우리는 이런 종류의 것들을 연구하기 위해 간단한 실험을 수행할 수 있는 시스템을 개발하려고 합니다. 우주에서 이러한 과정들이 일어나는 데는 엄청난 시간이 걸리지만, 어닐러를 사용하면 실시간으로 관찰할 수 있기 때문에 실제로 무슨 일이 일어나고 있는지 알 수 있습니다. 최첨단 양자 시뮬레이션과 심층적인 이론 물리학을 결합한 이 흥미로운 연구는 우주의 가장 큰 미스터리 중 일부를 푸는 데 얼마나 가까이 왔는지 보여줍니다. 이 연구는 영국 원자력 연구소(UKRI) 공학 및 물리과학 연구 위원회(EPSRC)와 레버흄 트러스트(Leverhulme Trust)의 지원을 받았습니다. 연구 결과는 우주의 기원과 운명에 대한 통찰력을 얻기 위해 반드시 CERN 의 대형 강입자 충돌기(LHC)와 같은 전용 고에너지 시설에서 수백만 파운드 규모의 실험이 필요한 것은 아니라는 것을 보여줍니다 .
파픽 교수는 "우주의 근본적인 역학적 과정을 이해하기 위한 탁상형 '실험실'로 효과적으로 활용될 수 있는 이러한 새로운 도구를 갖게 되어 기쁘다"고 덧붙였다. 실제 세계에 미치는 영향 연구자들은 그들의 연구 결과가 양자 어닐러가 이론 물리학을 훨씬 뛰어넘는 실제 문제를 해결할 수 있는 잠재력을 가지고 있음을 보여준다고 말한다. 연구진은 이 연구가 우주론적 중요성 외에도 양자 컴퓨팅 발전에 실질적인 영향을 미칠 수 있다고 밝혔습니다. 연구진은 허위 진공 상태에서의 거품 상호작용을 이해하면 양자 시스템의 오류 관리 및 복잡한 계산 수행 방식이 개선되어 양자 컴퓨팅의 효율을 높일 수 있을 것으로 기대합니다.
보데브 박사는 "이러한 획기적인 발견은 과학 지식의 경계를 넓힐 뿐만 아니라 암호화, 재료 과학, 에너지 효율적인 컴퓨팅과 같은 분야에 혁명을 일으킬 수 있는 미래 기술의 길을 열어줍니다."라고 결론지었습니다. EPSRC 전략 담당 전무이사인 케다르 판디아 박사는 "호기심 기반 연구는 EPSRC가 지원하는 사업의 중요한 부분입니다. 이 프로젝트는 그러한 연구를 잘 보여주는 사례로, 기초 양자 물리학의 아이디어와 양자 컴퓨팅의 기술적 발전이 결합되어 우주의 본질에 대한 심오한 질문에 대한 답을 찾는 데 도움을 줍니다."라고 말했습니다.
참고문헌: Jaka Vodeb, Jean-Yves Desaules, Andrew Hallam, Andrea Rava, Gregor Humar, Dennis Willsch, Fengping Jin, Madita Willsch, Kristel Michielsen, Zlatko Papić 저, "5,564-qubit 양자 어닐링 장치에서 상호작용하는 양자화된 기포를 통해 거짓 진공을 휘젓다", 2025년 2월 4일, Nature Physics . DOI: 10.1038/s41567-024-02765-w
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_[1】표현은 다를지 모르나 거짓 진공은 empty_ms(ems)이다. 시스템이 안정된 상태로 내부애 진공을 내재하고 있다. 그래서 그 표현 q,p,e,o_ms(qpeoms)이론이다.
ems는 텅빈 msbase.msoss이거나 텅빈 qpoms이다.
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