타임 크리스탈이란 무엇인가 VIDEO:What’s a Time Crystal?
구글 연구원들은 타임 크리스탈를 위해
양자 컴퓨터를 어떻게 사용했나?
10여 년 전에 처음 고안된 타임 크리스탈은 영구 운동 기계와 묘하게 닮은 새로운 종류의 물질이다. 타임 크리스탈의 부품들은 이론적으로 배터리 없이 영원히 작동하는 시계처럼 영원히 에너지를 소비하지 않고 반복적인 주기로 움직일 수 있다.
과학자들은 수년 동안 이 새로운 물질을 만들기 위해 경쟁해왔다. 현재 구글 퀀텀 AI의 연구진과 동료들은 구글의 시카모어 양자 컴퓨팅 하드웨어를 사용하여 타임 크리스털을 만들었다고 밝히고 있는데, 이 발견은 11월 30일 네이처지에 온라인으로 자세히 기술되었다.
기존의 컴퓨터가 트랜지스터를 켜거나 꺼서 데이터를 1과 0으로 나타내는 반면, 양자 컴퓨터는 양자역학의 특성으로 인해 동시에 1과 0이 되는 중첩 상태에 존재할 수 있는 양자 비트 또는 큐비트를 사용한다.
얽힘으로 알려진 양자 효과를 통해 큐비트를 서로 연결함으로써 이론적으로 300큐비트 양자 컴퓨터는 눈에 보이는 우주에 원자가 있는 것보다 더 많은 계산을 순식간에 수행할 수 있다. 2019년 구글은 어떤 고전 컴퓨터도 풀 수 없는 문제에 대한 답을 찾으면서 "양자 우선성"을 표시하기 위해 시카모어를 사용했다고 주장했다.
새로운 연구에서, 연구원들은 계산을 위해서가 아니라 시간 결정을 실현하기 위해 20 큐비트 시스템을 사용했다. 더 자세히 알아보기 위해 우리는 이론적인 측면과 실험적인 측면에 대한 많은 연구를 수행한 구글 직원 연구 과학자 코스티안틴 케체지와 구글 수석 연구 과학자 샤오미와 이야기를 나누었다. 그 대화는 길고 명확하도록 편집되었다.
시간 결정: 물질의 새로운 국면
그리고 양자 컴퓨팅을 위한 돌파구?
* time crystals 時間結晶
일반적인 결정은 공간적인 구성 인자들이 주기적 반복성을 보여주고 있는데, 이를 시간에 응용해서, 그 주기적 구조가 시간에 따라 반복성을 가지도록 구성한 물질이 타임 크리스탈(time crystals), 곧 시간결정(時間結晶)이다.
IEEE 스펙트럼: 타임 크리스탈이란 무엇인가?
코스티안틴 케케지: 결정은 상호 작용으로 인해 우주에서 주기적인 패턴으로 구성되는 많은 원자들로 이루어진 시스템입니다. 시간 결정(Time crystal)은 많은 입자들이 공간보다는 시간의 주기적인 운동 패턴으로 스스로를 조직화하는 양자 체계이다.
스펙트럼: 자연에서 시간결정을 무엇과 비교할 수 있는가?
케케지: 지속적인 주기적인 운동은 본질적으로 매우 친숙하다. 중력 때문에 서로 끌어당기는 두 개의 무거운 물체의 시스템이 가장 간단한 예이다. 두 물체는 엄격하게 주기적인 궤도를 따라 공통 질량 중심을 따라 움직인다. 언뜻 보면, 이것은 시간 결정의 한 예처럼 보일지도 모른다. 그러나, 시간 결정의 중요한 참신함은 서로 상호작용하는 많은 물체들의 시스템의 주기적인 움직임이다.
상호작용하는 많은 물체들의 시스템은 단지 두 개의 무거운 물체들이 서로를 공전하는 것과 비교하면 완전히 다른 행동을 보여준다. 예를 들어, 태양계에서 행성은 대략 주기적인 궤적을 따르지만, 행성의 진정한 행동은 혼란스러우며, 이는 오늘날 행성의 경로로부터 약간의 편차가 있더라도 시간이 지남에 따라 궤도가 완전히 바뀐다는 것을 의미한다.
열역학 제2법칙은 상호작용하는 많은 물체의 계가 엄격히 주기적인 시간 결정의 운동과 모순되는 더 많은 무질서를 지향하는 경향이 있다고 가정한다. 그럼에도 불구하고, 상호작용하는 많은 양자 물체의 시스템은 다체 국소화라고 불리는 근본적인 양자 현상으로 인해 열역학 제2법칙을 위반하지 않고 주기적인 움직임을 보여줄 수 있다.
시간 결정(Time crystal)은 많은 입자들이 공간보다는 시간의 주기적인 운동 패턴으로 스스로를 조직화하는 양자 체계이다.
황기철 콘페이퍼 에디터 인플루언서
Ki Chul Hwang Conpaper editor influencer
(Source:
https://spectrum.ieee.org/qa-creating-time-crystals-using-quantum-computers)
