생명, 양자가 아닌 '양자같은 수학'으로 작동한다

핵심 요약

• 과학자들은 수십 년간 생명과 양자역학을 연결하려 시도했지만 실패해왔고, 새로운 관점은 수학적 동등성에 있을 수 있다.
• 광합성에서 거의 100% 효율로 광자를 화학에너지로 변환하는 현상을 설명하기 위해 2007년 양자 결맞음(coherence) 효과가 제안되었지만, 재검토 결과 이는 분자 결합의 공명이었지 장기적 양자 결맞음이 아니었다.
• 프린스턴 대학의 화학자 그레고리 숄스는 생물학이 실제 양자 효과를 활용하는 것이 아니라 모방할 가능성을 제시했다.
• 숄스는 고전적 개체들의 복잡한 네트워크가 양자 수학을 모방하는 현상, 즉 '양자같은' 상태를 만들어낼 수 있음을 입증했다.
• 양자상태는 벡터 공간에서 정의되는 수학적 객체인데, 이는 Hilbert 공간이라는 특정 벡터 공간에서의 규칙을 따른다.
• 2024년 숄스는 동기화된 행동의 안정적 패턴을 생성하도록 설계된 진동자 네트워크가 Hilbert 공간의 벡터로 표현되는 '양자같은' 상태를 만들 수 있음을 보였다.
• 이러한 네트워크는 가장 간단한 양자 단위인 큐비트(두 상태가 중첩된)의 수학을 재현할 수 있다.
• 2025년 신경생리학자 울프 싱어와 동료들은 신경망에 진동을 도입하면 효율성과 견고성이 증가함을 입증했으며, 위상 정보가 시간적 구조를 인코딩한다고 보였다.
• 숄스와 동료들은 '양자같은 비트'를 연결하여 더 큰 네트워크를 만들 수 있고, 양자 논리게이트를 모방하는 네트워크 설계도 입증했다.
• 하지만 완벽한 양자 논리게이트 모방에는 무한한 물리 자원이 필요하고, 기저 네트워크의 복잡성이 폭증한다는 제약이 있다.
• 숄스는 고전 시스템이 양자 얽힘을 의미있게 모방할 수 있는지 여부를 탐구 중이며, 고전적 개체들의 복잡한 네트워크에서 양자 수학의 특성이 나타날 조건을 밝히려는 연구가 진행 중이다.