이전 미디어 보도에 따르면 2018 년 12 월 6 일, 최초의 양자 컴퓨터 제어 시스템 OriginQ Quantum AIO는 중국 허페이에서 탄생했으며 2019 년 1 월 10 일 IBM은 IBM Q 시스템 One이라는 세계 최초의 상용 통합 양자 컴퓨팅 시스템을 발표했다. 아마도 모든 사람이 전통적인 컴퓨터에는 익숙하지만 양자 컴퓨터는 잘 알지 못한다. 우리는 전통적인 컴퓨터의 발명이 20 세기의 가장 중요한 과학적 사건 중 하나라는 것을 알고 있다. 그러면 양자 컴퓨터의 발명은 21 세기에 가장 중요한 과학적 사건이 될 것이다. 그것의 중요성은 단지 컴퓨터 자체에 보여지는 것뿐 아니라 우리의 단일 우주에 대한 전통적인 견해를 전복시킬 것에 있다. – 우리가 볼 수 있는 우주는 유일하지 않으며 다중 우주는 확실히 존재한다.
그림 1) 출처: 백가호 천문동호낙원
많은 사람들이 이것이 순전히 되는 대로 지껄이는 말이라고 생각할 수도 있다. 양자 컴퓨터와 다중 우주의 관계는 무엇인가? 양자 컴퓨터의 출현은 어떻게 다중 우주의 존재에 대한 강력한 증거가 될 수 있을까? 먼저 양자 컴퓨터의 개념과 원리를 살펴보자. 양자 컴퓨터는 양자 이론에 기초한 완전히 새로운 컴퓨터로, 양자 역학의 법칙을 따르며 양자 정보의 고속 수학 및 논리 연산하며 양자 정보의 물리 장치에 저장하고 처리한다. 양자 컴퓨터가 응용하는 것은 양자 비트인데 0 또는 1의 이원제 상태에만 있을 수 있는 전통 컴퓨터와 달리 동시에 여러 다른 상태에 있을 수 있다.
그림 2) 출처: 백가호 천문동호낙원
양자 이론과 관련하여, 보통 사람들은 모두 상식적으로 ‘너무 심오하여 이해하기 어렵다’ 라고 생각한다. 예를 들어 ‘불확실성의 원리’, ‘이중 슬릿 실험’ 및 ‘슈뢰딩거의 고양이’등등 모두 우리에 상식에 위배되는 것이다. 그러나 실제로 양자 이론은 오늘날 가장 성공적인 물리 이론이며, 현대 물리학의 기둥 이론이며, 양자 이론이 없다면 인간 과학과 기술은 현재 지점까지 발전할 수 없다. 양자 이론 중의 일련의 이치에 상충되는 ‘심오하고 어려운 내용’은 과학계에서 다중 우주의 존재에 대한 격렬한 논쟁을 불러 일으키고 양자 우주학에 대한 심층 연구를 더욱 촉진시켰다. 이 영역에서 다중 우주의 주요 제창자인 David Dojic는 선두적인 인물이다.
그림 3) 출처: 백가호 천문동호낙원
양자 이론의 불확정성의 원리에 기초하여 Dojic에 따르면, 원자 수준에는 다중 우주가 있기 때문에 고양이 수준이나 인간 수준에서 단일 우주에만 존재하는 것은 불가능하다. 일찍이 1977 년 초 Dojic 자신은 양자 원리로 작동하는 컴퓨터에 지대한 관심을 가지게 되었고, 양자 컴퓨터를 만드는 아이디어를 제안했다. 그는 이렇게 작동하는 원리가 다중 우주의 본질을 게시할 수 있다고 여긴다. 양자 컴퓨팅이 현실이 되면 그것은 다중 우주의 존재에 대한 강력한 증거이다. Dojic은 왜 그렇게 생각할까? 이것은 양자 컴퓨팅의 중요한 알고리즘인 Shaw 인수 분해 알고리즘으로 시작하는 것이다。
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그림 4) 출처: 백가호 천문동호낙원
1995 년 Bell Labs의 Peter Shaw는 양자 계산 문제, 즉 쇼어 계수 분해 알고리즘 (요소 분해, 계수 찾기)에 대한 최초의 구체적인 솔루션을 제안했다. 두 자리 요소를 찾는 것이 쉬우며, 숫자 15와 같이 정신 산술은 3과 5가 될 수 있다. 만약 십몇 자리를 초과하는 큰 숫자인 경우 기존 컴퓨터가 필요하지만 25 개 자릿수 혹은 더 이상의 자릿수 숫자라면 기존의 컴퓨터로 인수분해하는데 몇 년이 걸릴 수 있고 몇 십년이 걸려 겨우 완성할 것이다. 그러나 Shore 알고리즘은 다르며, 양자 컴퓨팅의 ‘병렬성’을 이용하고 짧은 시간 안에 인수를 얻을 수 있다.
본질적으로, Shore 알고리즘은 양자 컴퓨터를 사용하여 동시에 일련의 평행 공간에서 가능한 모든 작업을 수행하고, 매우 짧은 시간 안에 답을 찾는다. 현재 기록은 양자 컴퓨터가 많은 수의 250 자릿수를 가진 큰 수의 인수를 성공적으로 분해한 것으로, 이 과정은 10 ^ 500 (1 뒤에 500 개의 0)의 상태의 중첩을 실현했다. 이와 관련하여 Dojic은 사람으로 하여금 깊이 반성하게 하는 문제를 제기했다. 컴퓨터가 Shaw 알고리즘을 사용하여 많은 수의 인수를 분해할 때 이러한 큰 데이터는 인터넷과 어떻게 진행을 마련하는가?
그림 5) 출처: 백가호 천문동호낙원
Dojic은 250 비트의 큰 숫자를 성공적으로 분해하려면 10 ^ 500 개의 컴퓨팅 리소스가 필요하지만 전체 보이는 우주에는 약 10 ^ 80 개의 원자 만 있고 10 ^ 500과 비교하면 우주의 원자 수량은 미미하게 부족한 것이다. 따라서 우리가 볼 수 있는 우주가 물리적 현실의 범위라면, 물리적 현실은 이렇듯 큰 숫자의 모든 자원으로 인해 독점과는 거리가 멀다. 그러나 250자리 큰 수의 인수분해를 누가 완성하였나? 또한 어디서 진행하였나? 답은 하나뿐이다: 그것은 서로 다른 다중 우주에서 동시에 이루어진다.
