'양자우월성' 주장이 뒤집혔다…노트북으로 양자 문제 해결
양자컴퓨터로만 풀 수 있다고 여겨졌던 복잡한 양자물리 문제를 일반 컴퓨터로 해결하는 데 성공했다.
미국 플래티론 연구소 산하 계산양자물리학센터(CCQ) 연구팀은 보스턴대와 공동으로 이 같은 연구 결과를 21일(현지시간) 국제학술지 '사이언스'에 발표했다.
연구팀은 1980년대 알고리즘을 '텐서 네트워크'(tensor networks)라는 수학적 객체에 적용하는 방식으로 기존 주장을 뒤집었다. 이 방식은 개인용 노트북으로도 계산이 가능할 만큼 효율적인 것으로 알려졌다.
이번 성과는 양자 동역학에 대한 새로운 연구 방향을 제시하고, 수많은 실행 가능한 해답 속에서 최적의 해결책을 찾는 문제에 유용한 프로토콜로 활용될 수 있을 전망이다.
앞서 2025년 3월, 다른 연구진이 사이언스지에 양자컴퓨터를 이용해 수백 개의 상호작용하는 '큐비트'(qubit)로 구성된 양자 시스템의 동역학을 계산했으며, 이는 일반 컴퓨터로는 불가능하다고 주장한 바 있다.
논문의 제1 저자인 조셉 틴달 CCQ 연구원은 "우리는 이런 종류의 주장을 볼 때마다 항상 약간 회의적"이라며 "이 방법은 시도해봤나? 저 방법은 시도해봤나? 와 같은 질문을 던진다"고 말했다.
연구의 핵심은 양자 얽힘 현상으로 인해 발생하는 계산의 복잡성을 극복하는 것이었다. 입자가 많아질수록 시스템 상태를 기술하는 '파동함수'의 크기가 기하급수적으로 커져 일반 컴퓨터에 직접 저장할 수 없게 된다.
연구팀은 텐서 네트워크를 이용해 이 문제를 해결했다. 틴달 연구원은 텐서 네트워크를 "모든 정보를 압축해 서로 연결된 작은 숫자 테이블로 가득 찬 수학적 데이터 구조로 만든, 파동함수를 위한 'zip 파일'과 같다"고 설명했다.
연구팀은 1980년대의 오래된 알고리즘인 '신뢰 전파'(belief propagation)를 양자 시스템에 맞게 조정해 초기 계산을 수행했다. 공동 저자인 마일스 스타우든마이어 연구원은 "이 방법은 다른 정교한 방법들보다 근사치가 높지만 비용이 훨씬 저렴하고 더 어려운 문제에 직접 적용할 수 있다"고 밝혔다.
실제로 연구팀의 시뮬레이션 결과는 이론적 예측과 일치했으며, 이전 양자컴퓨터 연구진이 보고한 결과와도 부합했다. 양자컴퓨터 없이 일반 컴퓨터만으로 동일한 정확도를 달성한 것이다.
틴달 연구원은 "우리가 수행하는 시뮬레이션과 양자컴퓨터에서 구현될 수 있는 것 사이에는 많은 시너지가 있다"며 "우리는 양자컴퓨터를 만들 필요 없이 코드를 작성하고 실행만 하면 되기 때문에 진입 장벽이 훨씬 낮다"고 덧붙였다.