하이젠베르크의 수달

지하실에서 고철 주워다 실험하는 수달입니다. /
PhD /
Quantum Network, Quantum Computing, Photonics

[하이젠베르크의 수달 @quantum_otter]

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[슈포 (Superposition) @superposition_V]

[비틀면 전자가 달라지고, 반복하지 않아도 질서가 생긴다]
Twistronics와 Quasicrystal이 보여주는 새로운 물질의 규칙

물질의 성질은 보통 무엇으로 만들어졌나로 결정된다고 생각하기 쉽다.
하지만 현대 물질과학에서는 어떻게 배열했는가가 점점 더 중요한 질문이 되고 있다. 같은 원자라도 겹치는 방식, 각도, 패턴에 따라 완전히 다른 성질이 나타날 수 있기 때문이다.

Twistronics는 이 아이디어의 대표 주자다.
이름 그대로 twist(비틀기)와 electronics의 합성어다. 아주 얇은 원자층 두 장을 포개고, 한 장을 아주 조금만 비틀면 두 층 사이에 커다란 간섭무늬(모아레 패턴)가 생긴다. 망사 두 장을 겹쳐 살짝 돌렸을 때 나타나는 큰 물결무늬와 비슷하다.

이 무늬는 움직이는 전자의 길과 속도를 바꾼다. 특히 그래핀 두 장을 약 1.1도로 비틀면 전자의 에너지 구조가 극도로 납작해지면서, 절연체처럼 행동하다가 특정 조건에서는 초전도체처럼 행동하는 강한 상호작용이 나타난다.[1]

쉽게 말해, Twistronics는 원자를 새로 바꾸지 않고 각도만 살짝 조절해 전자의 성질을 완전히 바꾸는 기술이다.
같은 레고 블록으로도 쌓는 방식에 따라 완전히 다른 건물이 나오는 것처럼, 같은 원자층도 비틀림 각도에 따라 전자의 집단 행동이 달라진다.

Quasicrystal은 또 다른 방향에서 질서의 정의를 바꾼다.
보통 결정은 원자 배열이 일정한 단위로 반복되는 구조다. 하지만 quasicrystal은 분명한 질서가 있으면서도 같은 패턴이 주기적으로 반복되지 않는다.
무질서한 유리도 아니고, 규칙적으로 반복되는 보통 결정도 아닌 제 3의 상태다. 전체적으로는 아름다운 규칙이 있지만, 특정한 작은 단위가 똑같이 반복되지는 않는다. 반복 없는 질서가 quasicrystal의 핵심이다.

두 개념은 서로 다른 분야처럼 보이지만, 본질은 같다. 물질의 성질은 원자의 종류 만으로 결정되지 않는다는 점을 보여준다.
Twistronics는 비틀림 각도로 전자의 세계를 조율하고, Quasicrystal은 반복 없이도 질서가 가능하다는 새로운 구조 규칙을 제시한다.

Summary

물질의 진짜 힘은 원자 자체가 아니라, 원자들이 이루는 관계의 모양에서 나온다.
앞으로의 재료 과학은 어떤 원소를 섞을 지에서,
어떤 층을 어떤 각도로 겹칠지, 어느 비반복적 패턴을 만들 지에 관한 질문으로 확장되고 있다.

비틀림 하나가 전자의 길을 바꾸고, 반복되지 않는 패턴 하나가 결정의 정의를 바꾼다.

Reference
[1] Cao, Y., Fatemi, V., Fang, S. et al. Unconventional superconductivity in magic-angle graphene superlattices. Nature 556, 43–50 (2018).
link: https://t.co/u6b3EdvVeV

[하이젠베르크의 수달 @quantum_otter]

@superposition_V 저번주 금요일에 입국하고 오늘 오랜만에 출근했습니다 ㅋㅋㅋㅋㅋ

2주만에 출근하니 모든게 어색하네요 ㅠㅠㅠ

감사합니다~☺️

[하이젠베르크의 수달 @quantum_otter]

이런 저런일로 하나도 포스팅 못하다가 생각나서 올립니다😅

현재 임신 17주차 아내와 이탈리아 여행중이에요!

아내가 한창 전문의 시험 준비할 때는 옆에서 오랫동안 태블릿 붙잡고 있을 시간이 많았는데 요샌 그런 시간이 없어서 더 안쓰게 되네요 ㅠㅠㅠ

제 이해가 아직 얕은 탓이겠죠...ㅋㅋㅋ 더 공부해야겠네요.

[Angina Pectoris @yeoulabba]

부티와 귀티

부티는 셈을 한다. 귀티는 셈을 잊는다.

값을 아는 사람은 값을 말하고 싶어 한다.
손목의 시계가, 어깨의 가방이 대신 말해 주기를 바란다.
그 마음 밑에는 작은 불안이 있다.
혹여 나를 가볍게 볼까, 덜 가진 사람으로 여길까.
부티에는 늘 그 떨림이 숨어 있다.

귀티에는 그 떨림이 없다.
증명할 것이 없는 사람은 서두르지 않는다.
그는 자신이 무엇을 가졌는지 이미 잊었다.
잊을 만큼 넉넉히 가졌거나,
애초에 가진 것으로 자기를 재지 않거나.

재미있는 일이다.
가장 비싼 옷을 입은 이가 방 안에서 가장 불안해 보일 때가 있다. 반대로 낡은 셔츠 하나를 걸친 노인이 그 방의 한가운데처럼 앉아 있을 때가 있다.
차이는 옷이 아니라 시선의 방향이다.
부티는 남의 눈을 향하고, 귀티는 제 안을 향한다.

그래서 부티에는 늘 관객이 필요하다.
보는 이가 없으면 빛을 잃는다.
귀티는 혼자 있을 때도 한결같다.
아무도 보지 않는 새벽,
홀로 차를 우려 마시는 그 손끝에 이미 다 들어 있다.

품격이란 결국, 아무도 보지 않을 때의 내 모습이다.

[하이젠베르크의 수달 @quantum_otter]

@WombatJin87 감사합니다!!
즐겁게 쉬다 오겠습니다~

[하이젠베르크의 수달 @quantum_otter]

@move78th 감사합니다~ 즐거운 시간 보내고 올게요!

[하이젠베르크의 수달 @quantum_otter]

@mindmoon_108 오랜만이에요 심월님!
감사합니다~ 순산할 수 있도록 열과 성을 다해 캐어하려합니다☺️

[쥬팍 (JooPark) @biojuho]

@quantum_otter 임신 17주차에 이탈리아 여행이라니 정말 소중한 시간 보내고 계시네요 😊 포스팅은 잠깐 쉬어가도 이런 순간은 다시 오기 어렵잖아요. 두 분 모두 무리 없이 즐겁고 편안한 여행 되셨으면 좋겠어요.

[하이젠베르크의 수달 @quantum_otter]

@biojuho 좋은 말씀 감사해요☺️
최대한 무리하지 않으려 하는데 정신차리고 보면 하루에 만보 이상은 걷게 되네요 ㅋㅋㅋㅋ
즐거운 여행 보내고 오겠습니다 감사합니다~

[슈포 (Superposition) @superposition_V]

양자컴퓨터는 다음 ChatGPT가 아니다. 그것은 대중 생산성 앱이 아니라, 보이지 않는 전략 계산 인프라다.

양자컴퓨터를 둘러싼 가장 큰 착각은 'AI 다음은 양자'라는 선형 서사다. LLM은 자연어라는 보편 인터페이스로 거의 모든 지식노동자에게 퍼졌다. 사용자는 모델 내부를 몰라도 질문하고 요약하고 코드를 쓰고 문서를 고칠 수 있었다.

하지만 양자컴퓨터는 그런 방식으로 확산되는 기술이 아니다. 사용자가 많아질 때 자동으로 가치가 커지지 않는다. 특정 문제가 양자컴퓨터에 맞는 계산 구조를 가질 때만 빛을 본다.

핵심 병목은 사용자 수가 아니다. 문제 적합성이다. 양자컴퓨터는 자연어 입력만으로 가치가 생기는 서비스가 아니다. 문제를 양자컴퓨터가 처리할 수 있는 형태로 번역해야 한다. 예를 들어 양자 회로, 에너지 모델, 목표 함수 같은 구조가 필요하다. 쉽게 말하면 “이 문제를 양자컴퓨터가 풀 수 있는 방식으로 다시 써야 한다”는 뜻이다. 이 번역 자체가 전문 영역이다.

그래서 양자컴퓨터는 ChatGPT처럼 누구나 바로 쓰는 도구라기보다, 특정 문제를 가진 연구소·정부·일부 대기업이 쓰는 특수 계산 인프라에 가깝다.

지금 양자컴퓨팅에 자본이 몰리는 것은 사실이다.
McKinsey 2026년 보고서에 따르면 2025년 양자기술 스타트업 투자는 126억 달러로 2024년 대비 6.3배 증가했고, 그중 90%가 양자컴퓨팅 스타트업으로 향했다.
하지만 이것은 대중 시장이 열렸다는 뜻이라기보다, 소수의 플랫폼 후보와 핵심 인프라에 자본이 집중되고 있다는 신호에 가깝다.

IBM의 로드맵도 같은 방향을 보여준다. IBM은 2029년에 Starling이라는 오류정정 양자컴퓨터를 목표로 하고, 2033년 이후에는 더 큰 규모의 Blue Jay 시스템을 제시한다. 그러나 이런 로드맵은 '곧 상업적 폭발이 온다'는 증거라기보다, 아직 산업이 오류정정 시대에 진입하려는 단계에 있다는 신호다.

[슈포 (Superposition) @superposition_V]

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[Alis volat propriis @Alisvolatprop12]

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[하이젠베르크의 수달 @quantum_otter]

@Xterbase 그럴 것 같아요. 그쯤 되면 양자컴퓨터가 내놓은게 맞는 것인지 확인하는게 큰 숙제가 될거에요 ㅋㅋㅋㅋ

[하이젠베르크의 수달 @quantum_otter]

IBM이 Cleveland Clinic, Riken과 함떼 1만 2천개의 원자로 구성된 단백질을 94개의 Qubit으로 시뮬레이션했네요.

100시간 이상 걸린 것 같고 양자-고존 하이브리드 계산 방식입니다.

실험이 힘든 시스템일수록 시뮬레이션의 정합성이 중요한 요소에요. 해당 결과는 기존 ab-initio 계산 방식보다 정확성 측면에서 좋은 것 같습니다.

[하이젠베르크의 수달 @quantum_otter]

@NDK8312 오옹 그렇군요? 저도 한번 확인해봐야겠네요. 감사합니다.

[하이젠베르크의 수달 @quantum_otter]

델프트에서 실리콘 스핀 큐빗들을 이동시켜서 CZ gate(얽힘)을 구현한 결과가 Nature에 나왔네요.

대부분의 all to all connection은 큐빗을 움직이는 "셔틀링"이 가능하다면 적극 이용하는게 좋은 방식인 것 같아요.

아이온큐도 Quantinuum처럼 셔틀링을 도입하는게 좋지 않을까?(이미 충분히 가능할건데) 싶네요. 광연결은 좀 더 먼거리 간 연결로 남겨두고요...

이제 실리콘 스핀까지 셔틀링이 가능하니 초전도만 셔틀링이 안되는거려나요.

[하이젠베르크의 수달 @quantum_otter]

@Xterbase 저쪽은 전혀 모르는데 엄청 구조가 복잡하더라구요 ㅋㅋㅋㅋㅋ
저 대학원생땐 유닛셀에 원자 10개만 들어가도 몇 주 걸렸는데 말이에요... ㅋㅋㅋㅋ

[C.I.V.A @tonaitoo]

코스피에 온것을 환영하오 낯선이여

[하이젠베르크의 수달 @quantum_otter]

양자 클라우드 플랫폼인 qBraid에서 리게티의 108큐빗 모델(Cepheus-1-108Q)을 사용가능하네요.

99.1% CZ Fidelity
99.9% 1Q gate Fideliry
~60 ns gate speed

스펙인데, 오류정정 알고리즘 실험하기 좋은 테스트베드가 될 것 같네요.