연구진, 104큐비트 IBM 양자 프로세서에서 입자 충돌 시뮬레이션

캘리포니아 공과대학과 워싱턴 대학교 연구진은 양자 컴퓨터가 입자 충돌 시뮬레이션을 위해 초기 파동 묶음(움직이는 입자와 관련된 국소적 교란)을 더 효율적으로 준비할 수 있게 하는 방법을 개발했다. 이 접근법은 네이처 피직스에 발표된 논문에 실렸다. 이 방법은 양자 정보의 기본 단위인 104개의 큐비트를 포함한 양자 프로세서에서 입자 충돌을 시뮬레이션하는 데 사용됐다. Phys.org는 2026년 10월 7일 이 연구를 보도했다.

논문의 제1저자인 롤랜드 C. 패럴은 Phys.org에 연구팀이 LHC 같은 충돌기에서 입자가 서로 부딪힌 직후 어떤 일이 일어나는지 예측하기를 원한다고 말했다. 그는 이러한 충돌에서 나오는 입자가 자연 법칙에 대한 통찰을 제공한다고 말했다. 패럴은 이런 충돌을 시뮬레이션하는 것은 고전 컴퓨터에서는 널리 다루기 어렵다고 여겨지지만 양자 컴퓨터에서는 효율적일 것으로 믿어진다고 말했다.

논문에 따르면 이 연구의 목표 중 하나는 충돌하는 일부 입자의 에너지가 새로 생성된 입자의 질량으로 전환되는 것을 실시간으로 관찰하는 것이었다. Phys.org는 이러한 전환이 에너지(E)와 질량(m)을 연결하며 c가 빛의 속도인 아인슈타인의 방정식 E = mc²의 직접적인 발현이라고 보도했다. 패럴은 첫 단계가 서로를 향해 움직이는 두 개의 고에너지 입자, 즉 파동 묶음을 준비하는 것이라고 말했다. 그는 기존 접근법은 현재 하드웨어에서 이를 실행 불가능하게 만들었다고 말했다.

시뮬레이션은 1차원 아이징 장 이론이라는 입자 상호작용의 단순화된 모델에 기반했다. 공동저자인 니키타 A. 젬렙스키는 Phys.org에 초기 상태가 준비된 뒤 시스템은 해밀토니안 진화를 근사하는 양자 게이트를 적용해 시간에 따라 진화한다고 말했다. 그는 입자 생성은 충돌 후 상태의 에너지 밀도 같은 특성을 측정해 확인한다고 말했다.

Phys.org에 따르면 연구진은 새 접근법을 사용해 IBM이 개발한 양자 컴퓨터에서 가벼운 입자를 지닌 두 파동 묶음 사이의 충돌을 시뮬레이션했다. 낮은 에너지에서 그 충돌은 새로운 입자를 생성하지 않았고, 두 가벼운 입자는 서로 멀어졌다.