물리학의 깊은 진리를 향한 탐구가 이제는 양자컴퓨터라는 전혀 새로운 도구를 손에 쥐게 됐다. 특히 Amazon Web Services의 양자 플랫폼 Amazon Braket은 이 과정을 기술적 실험이 아닌 실질적 성과의 영역으로 끌어올리고 있다. 최근 Amazon Braket을 이용해 수행된 한 실험은 단 4개의 큐비트를 활용해 양자 색역학(Quantum Chromodynamics, QCD)의 핵심적인 성질을 가진 모형의 기저 상태(ground state)를 계산해냈다. 작은 규모의 실험임에도 이 결과가 갖는 상징성과 기술적 파급력은 결코 작지 않다.
양자컴퓨터, 계산의 패러다임을 바꾸다
현대 물리학에서 QCD는 쿼크와 글루온 사이의 상호작용을 설명하는 기본 이론이다. 그러나 이 이론은 극도로 복잡하며, 전통적인 슈퍼컴퓨터로도 실제적인 계산을 수행하기에는 계산 자원이 기하급수적으로 증가하는 한계를 갖는다. 바로 이 지점에서 양자컴퓨터가 가진 계산적 구조의 전환이 의미를 갖는다. 큐비트라는 양자 단위를 통해 다수의 상태를 동시에 탐색할 수 있는 양자컴퓨터는 고전적인 컴퓨터가 직면한 ‘지수적 확장’ 문제를 ‘다항식 스케일’로 줄여낸다. 이는 곧 양자 시스템의 시뮬레이션에 특화된 도구로서의 정체성을 부여한다.
Amazon Braket이 구현한 ‘버블 모델’ 실험
이번 실험은 복잡한 SU(3) QCD 대신, 간단화된 SO(3) 대칭을 가진 격자 게이지 이론을 활용했다. 해당 실험에서는 사각형 격자 하나로 이루어진 이른바 ‘버블(bubble) 모델’을 사용하였고, 4개의 큐비트만으로 물리적 상호작용을 시뮬레이션했다. 이 모델은 간단하면서도 QCD와 유사한 대칭적 구조를 지녀, 양자 시뮬레이션의 실험적 증거로서 충분한 의미를 갖는다.
실험의 목표는 Hamiltonian(계의 에너지를 정의하는 수학적 표현)을 바탕으로 가장 안정적인 상태, 즉 기저 상태의 에너지를 구하는 것이다. 이를 위해 **변분 양자 고유값 해법(VQE)**이 사용되었으며, 이 알고리즘은 양자 회로로 측정된 기대값을 바탕으로 고전 컴퓨터가 최적화 계산을 수행한다. Amazon Braket은 이 하이브리드 알고리즘을 Hybrid Jobs 기능을 통해 클라우드 상에서 매끄럽게 실행할 수 있도록 지원했다.
시뮬레이터와 실제 QPU에서의 결과 비교
Amazon Braket의 로컬 시뮬레이터에서는 이론적으로 계산 가능한 최소 에너지인 -9.0이 도출되었다. 반면 IonQ의 실제 양자컴퓨터 Aria QPU에서 측정된 값은 -8.0 수준에 머물렀는데, 이는 하드웨어 노이즈로 인해 이상적인 상태에 도달하지 못한 결과다. 그럼에도 불구하고 최적의 파라미터(θ=π)는 정확히 도출되었으며, 이는 현재의 양자 하드웨어 수준에서도 신뢰 가능한 최적화가 가능하다는 사실을 입증한다.
기술의 진보와 투자자 관점에서의 함의
이번 실험은 기술적인 성공을 넘어, 양자 기술 분야에 대한 투자 인사이트를 제공한다. 실험이 보여준 하이브리드 워크플로우의 가능성은 단순한 연구의 범위를 넘어선다. 특히 Amazon Braket처럼 기업이 직접 클라우드 기반 양자 플랫폼을 상용화하고 있다는 점은, 양자컴퓨팅이 산업적 규모로 전환되는 초입에 도달했음을 시사한다.
또한 IonQ, Rigetti, Xanadu 등 실리콘밸리의 양자 스타트업뿐 아니라, Amazon, IBM, Google 등의 대기업이 이 시장에 대규모 자원을 투입하고 있는 점은 장기적인 성장 신호다. 현재는 적은 수의 큐비트를 대상으로 한 소규모 실험이 주를 이루지만, 양자볼륨의 증가, 오류 정정 기술의 발전, QPU 간 네트워크 연결(Quantum Networking)이 진행되면, 시뮬레이션의 범위는 재료 과학, 금융 리스크 분석, 암호 해독, 신약 개발 등으로 빠르게 확장될 수 있다.
결론: 양자 시뮬레이션, 실험에서 산업으로
이제 양자 시뮬레이션은 단순한 가능성이 아닌 현실적 기술로서의 입지를 다져가고 있다. 비록 현재의 양자컴퓨터는 여전히 ‘노이즈’라는 태생적 한계를 지니지만, 이번 실험은 그 한계를 감안하더라도 실질적인 정보 획득이 가능함을 보여줬다. 특히 Amazon Braket이 제공하는 유연한 개발 환경은 연구자, 개발자, 투자자 모두에게 매력적인 실험 플랫폼이다.
투자의 관점에서 보자면, 이 실험은 단지 과학의 진보를 증명한 것이 아니라, 양자 기술이 앞으로 상업화와 응용 가능성이라는 실질적 가치를 창출할 수 있음을 명확히 보여준 신호라 할 수 있다. 이제 중요한 것은 누가 이 기술의 전환점을 가장 먼저 산업으로 연결하느냐이다.
출처:
Huffman, E., Hassinger, S., & Stern, S. (2025). Fundamental Physics Simulations with Amazon Braket.
Amazon Braket Blog. 2025.05.06.
https://aws.amazon.com/blogs/quantum-technologies/fundamental-physics-simulations-with-amazon-braket
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