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구글 양자 프로세서에서 시공간 통과 ‘베이비 웜홀’ 구현

이론상으로만 존재해온 웜홀 역학 실험연구 길 열려

2022.12.02 07:00 연합뉴스

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우주의 멀리 떨어진 두 개 시공간을 이어주는 지름길인 ‘웜홀'(wormhole)은 이론적으로만 존재해 왔다.

공상 과학소설이나 영화에서 웜홀을 통해 먼 거리를 순식간에 이동하며 성간 여행을 하는 장면이 종종 등장하지만, 이는 상상의 영역이었을 뿐 현실에서는 실험 모델조차도 허용되지 않았다.

하지만 과학자들이 양자 컴퓨터 안에서 홀로그램으로 웜홀을 처음으로 구현해 우주 공간에서 웜홀을 찾아낼 수 있는 쪽으로 한 걸음 더 다가섰다.

미국 캘리포니아공과대학(Caltech)과 외신 등에 따르면 이 대학 물리학자 마리아 스피로풀루 교수 등이 참여한 연구팀은 양자 컴퓨터 상에서 두 개의 미니 블랙홀을 만들고 시공간 터널과 같은 곳을 통해 한쪽에서 다른 쪽으로 메시지를 전송하는 실험을 한 결과를 과학 저널 ‘네이처'(Nature) 최신호에 발표했다.

연구팀은 ‘시카모어(Sycamore) 양자 프로세서’로 불리는 구글의 양자 장치를 활용했다. 이 장치는 슈퍼컴퓨터로 1만 년이 걸리는 연산을 200초 만에 해내는 53 큐비트(qubit)의 성능을 갖고있다.

웜홀은 우주 시공간에서 멀리 떨어진 두 지역을 잇는 다리 역할을 한다는 것으로, 중력을 시공간의 곡률로 제시한 알베르트 아인슈타인의 일반 상대성 이론과도 부합한다.

아인슈타인이 1935년 이스라엘계 미국 물리학자 네이선 로젠과 함께 시공간 구조를 관통하는 터널로 처음 제시해 ‘아인슈타인-로젠 다리(교량)’로 알려졌다가 1950년대에 블랙홀 물리학자 존 휠러가 제시한 ‘웜홀’이라는 단어로 정착했다.

스피로풀루 교수는 연구팀이 중력에 의한 웜홀의 주요 속성을 가지면서도 양자 장치에서 구동될 만큼 충분히 작은 양자 시스템을 찾아낸 것이라고 설명했다. 양자 프로세서에서 웜홀의 역학을 연구할 수 있는 웜홀 모델을 만들어 냈다는 것이다.

연구팀은 한쪽 블랙홀에 1큐비트의 정보를 넣고 다른쪽으로 나오는 것을 관찰했는데, 이 정보는 웜홀 통과와 같은 양자 전송이 이뤄진 것으로 나타났다.

스피로풀루 교수는 이를 ‘베이비 웜홀’이라고 지칭했지만 사람이나 살아있는 생명체를 이를 통해 보내기까지는 가야 할 길이 아주 멀다고 했다.

그는 “사람들이 내게 다가와 ‘개를 웜홀에 통과시킬 수 있냐’고 묻곤 하는데, 아니다. 그러려면 큰 도약이 필요하다”고 덧붙였다.

연구진은 양자 프로세서 상에서 퀀텀 코드를 이용해 전송된 정보를 토대로 통과할 수 있는 웜홀이 등장한 것으로 보이지만 웜홀이 의미하는 시공간의 파열을 물리적 공간에서 만들어낸 것은 아니라고 강조했다.

논문 공동저자인 페르미랩(Fermilab)의 물리학자 조지프 리켄은 “우리는 아주 오랫동안 실험실에서 웜홀 관련 가설을 연구할 방안을 찾고자 노력해 왔다”면서 “이번 결과는 실험실 환경에서 우주의 기본적인 문제를 들여다볼 수 있는 방안을 내놓는 것”이라고 했다.

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