물리학용 AI 에이전트, 양자 컴퓨팅 및 암흑 물질 탐색 가속화 전망 | Newswise

작성자: Karyn Hede, PNNL

리칠랜드, 워싱턴주 — 워싱턴 대학교 시애틀 캠퍼스의 어느 어두운 방에서, 고도로 훈련된 한 물리학자가 다이얼을 돌리고 측정한 뒤 다시 돌리는 작업을 아마도 몇 시간째 반복하고 있습니다. 조절 노브의 반대편에 있는 장치는 이름부터 예사롭지 않은 '양자 잡음 제한 파라메트릭 증폭기(quantum-noise-limited parametric amplifier)'입니다. 이것은 암흑 물질 검출기에서 나오는 믿을 수 없을 정도로 희미한 신호를 포착하여 무선 주파수 스펙트럼에서 들을 수 있을 만큼 충분히 크게 만들어 주는 핵심 부품입니다.

음악가가 기타 소리를 증폭시켜 콘서트장 뒷줄의 관객도 음악을 들을 수 있게 하듯이, 물리학자들은 이 특수 증폭기를 사용하여 양자 컴퓨터와 암흑 물질 검출기 등 민감한 전자 기기에서 나오는 미세한 신호를 듣습니다. 절대 영도보다 아주 조금 높은 온도까지 냉각된 이 증폭기들은 자체적인 잡음은 거의 추가하지 않으면서 신호를 증폭시킵니다.

이 증폭기들은 또한 Pacific Northwest National Laboratory (PNNL)의 물리학자 Christian Boutan의 말에 따르면, "조정하기 까다롭기로 악명이 높습니다."

Boutan은 해결책을 찾았다고 생각합니다. 인간의 개입 없이 증폭기를 스스로 자동 조정하도록 훈련된 AI 에이전트를 배치하는 것입니다. 이를 통해 액시온 암흑 물질 탐색 및 초전도 큐비트 기반 양자 컴퓨팅과 관련된 가동 중지 시간을 줄이는 동시에, 고도로 훈련된 물리학자들이 자신의 전문 지식을 더 생산적인 곳에 쓸 수 있도록 시간을 벌어줄 수 있습니다.

이제 그와 그의 팀은 인공지능을 통해 미국 과학 및 공학의 생산성과 영향력을 두 배로 높이려는 에너지부의 야심 찬 계획인 Genesis Mission의 지원을 받아 이 계획을 추진할 예정입니다. Boutan의 연구는 이 취지에 완벽하게 부합합니다.

시간 낭비의 주요 원인

액시온 암흑 물질을 찾는 주력 탐사인 Axion Dark Matter eXperiment (ADMX) G2만큼 그 중요성이 분명하게 드러나는 곳은 없습니다.

왜 암흑 물질을 찾을까요? 미 항공우주국(NASA)의 연구원들은 암흑 물질을 "우주를 하나로 묶어주는 보이지 않는 접착제"라고 묘사해 왔습니다.

이를 감지하기 위한 ADMX의 전략은 강력한 자기장 안에 마이크로파 공동(cavity)을 설치하고, 암흑 물질 액시온이 감지 가능한 마이크로파 광자로 변환되기를 기다린 다음, 초민감 저잡음 양자 전자 장치로 출력을 읽어내는 것입니다.