데이비드 도이치(David Deutsch): 다중우주를 문자 그대로 받아들인 물리학자

1985년 옥스퍼드의 한 물리학자가 아무도 만들지 않았고 필요하다고 생각한 사람도 거의 없는 기계, 즉 보편 양자 컴퓨터를 설명하는 논문을 출판했습니다. 그의 주장은 그것이 유용할 것이라는 점이 아니었습니다. 컴퓨터 과학에서 가장 심오한 원리, 즉 단일 기계가 모든 물리적 과정을 시뮬레이션할 수 있다는 튜링의 주장이 명제 그대로는 틀렸다는 것이었습니다. 우주는 양자적이고 튜링의 기계는 그렇지 않기 때문입니다. 그 원리를 바로잡으려면 새로운 종류의 컴퓨터가 필요했습니다. 거의 4십 년이 지난 지금 그 기계들은 존재하고, 그 주변으로 산업이 성장했으며, 데이비드 도이치(David Deutsch)는 일반적으로 양자 컴퓨팅의 아버지로 불립니다.

하이파에서 옥스퍼드로

데이비드 엘리에세르 도이치(David Elieser Deutsch)는 1953년 5월 18일 이스라엘 하이파에서 유대인 가정에서 태어났습니다. 그는 런던의 윌리엄 엘리스 학교를 다녔고, 케임브리지의 클레어 칼리지에서 자연과학을 공부했으며, 옥스퍼드 휫섭 칼리지에서 데니스 시아마(Dennis Sciama)와 필립 캔델라스(Philip Candelas)의 지도 아래 곡면 시공간의 양자 장론을 연구하며 박사 학위를 받았습니다. 스티븐 호킹(Stephen Hawking)과 로저 펜로즈(Roger Penrose)를 제자로 둔 시아마는 이상한 아이디어를 진지하게 받아들이고자 했던 영국의 이론가 세대의 지도교수였으며, 이는 도이치가 다음에 한 일에 유용한 수련 과정이 되었습니다.

처치-튜링-도이치 원리

1985년 논문은 양자 튜링 기계와 나중에 처치-튜링-도이치 원리로 알려지게 된 개념을 소개했습니다. 튜링의 원래 통찰은 수학에 관한 것이었습니다. 보편 기계는 계산 가능한 모든 것을 계산할 수 있다는 것입니다. 도이치는 이를 물리학에 관한 주장으로 재구성했습니다. 즉, 보편 계산 장치는 모든 물리적 과정을 시뮬레이션할 수 있어야 하며, 물리적 과정이 양자 역학적이므로 보편 기계 자체도 양자적이어야 한다는 것입니다.

이것은 전형적인 도이치식 방식입니다. 그는 논리학의 추상적 결과를 가져와 그것이 실제로는 세계에 대한 진술이라고 주장한 다음, 그 결과가 어디로 향하든 끝까지 따랐습니다. 그 결과 나온 것이 전체 기술의 이론적 기초였습니다.

그는 구체적인 결과물로 이를 뒷받침했습니다. 리처드 조사(Richard Jozsa)와 함께 그는 양자 알고리즘이 가능한 모든 결정론적 고전 알고리즘보다 지수적으로 더 빠를 수 있다는 최초의 시연 중 하나인 도이치-조사 알고리즘을 개발했습니다. 그것은 실용적 관심이 없는 작위적인 문제를 해결하며, 그것은 요점이 아닙니다. 그것은 양자 컴퓨터가 단순히 더 빠른 것이 아니라 범주적으로 다르다는 존재 증명이었습니다. 그는 또한 소음이 가득한 세상에서 기계를 제작할 수 있게 해주는 규율인 양자 논리 게이트와 양자 오류 수정에 대해서도 연구했습니다.

네 가지 가닥

도이치의 1997년 저서 《현실의 구조》(The Fabric of Reality)는 당시 유행에 뒤떨어진 주장을 펼쳤습니다. 현실을 이해하는 방법은 모든 것을 입자물리학으로 환원하는 것이 아니라 서로를 뒷받침하는 네 가지 심오한 이론을 인식하는 것이라는 주장입니다. 휴 에버렛(Hugh Everett)의 양자역학 다세계 해석이 첫 번째이자 가장 중요한 것입니다. 실재론과 대담한 추측을 강조하는 칼 포퍼(Karl Popper)의 인식론이 두 번째입니다. 보편 튜링 기계에서 보편 양자 컴퓨터로 도이치 자신의 튜링 원리에 의해 확장된 앨런 튜링(Alan Turing)의 계산 이론이 세 번째입니다. 복제자와 밈을 다룬 리처드 도킨스(Richard Dawkins)의 다윈주의 정교화가 네 번째입니다.

반응은 우호적이었지만 비판이 없었던 것은 아닙니다. 《가디언》은 깊고 야심 찬 책이라고 평했습니다. 《뉴욕 Times》는 전체가 하나로 묶이는지에 대해 의문을 제기하면서도 그 안에서 새롭고 비스듬하며 도발적인 통찰을 발견했습니다. 《무한의 시작》(The Beginning of Infinity)이 2011년에 뒤이어 출간되었으며, 설명적 지식에는 내재적 한계가 없다는 주장으로 논지를 확장했습니다.

과학 철학에 대한 도이치의 기여는 그가 강력하게 주장하는 기준입니다. 좋은 설명은 바꾸기 어렵다는 것입니다. 세부 사항을 손상 없이 바꿀 수 있는 이론은 아무것도 설명하지 못하는 것이며, 좋은 설명은 그것이 수행하는 작업에 의해 엄격하게 제약되는 부품들을 가지고 있습니다.

생성자 이론

2012년부터 도이치는 키아라 말레토(Chiara Marletto)와 함께 양자 컴퓨팅을 모든 물리적 과정을 아우르는 프레임워크로 일반화하려는 시도인 생성자 이론을 개발해 왔습니다. 초기 조건과 운동 법칙이 주어졌을 때 일어나는 일을 설명하는 대신, 생성자 이론은 어떤 물리적 변환이 가능하고 어떤 것이 불가능한지, 그리고 그 이유를 명시하고자 합니다. 이는 물리학의 기초를 다른 기반 위에 재구축하려는 시도입니다. 그것이 성공할지 여부는 전적으로 미지수입니다.

데이비드가 천재라 불리는 이유

도이치의 두드러진 자질은 어떤 이론도순수한 계산 장치로 취급하기를 거부한다는 점입니다. 양자역학이 수많은 세계가 존재한다고 말했을 때, 대부분의 물리학자는 이를 어깨를 으쓱하며 넘길 해석적 호기심 정도로 취급했습니다. 도이치는 이를 문자 그대로 사실로 받아들이고 그것을 활용하는 기계가 어떤 모습일지 물었습니다. 보편 양자 컴퓨터는 그 문자주의에서 나왔습니다. 동일한 움직임이 그의 모든 작업에서 반복됩니다. 튜링의 원리를 논리가 아닌 물리학으로 취급하고, 과학의 요점을 예측이 아닌 설명으로 취급하는 것입니다.

그에 대한 평가는 상당합니다. 1998년 IOP 디랙상, 2008년 왕립학회 펠로십, 2017년 ICTP 디랙 메달, 2021년 아이작 뉴턴 메달, 2023년 기초 물리학 브레이크스루상 등이 그것입니다. "양자 컴퓨팅의 아버지"는 홍보용이 아니라 널리 사용되는 수식어입니다.

반대 주도 만만찮습니다. 도이치의 기초적 공헌들은 여전히 소수 입장에 머물러 있습니다. 다세계 해석은 여러 해석 중 하나일 뿐이고, 생성자 이론은 아직 이 분야의 주목을 받을 만한 결과를 내놓지 못했습니다. 그는 원칙적으로 가능한 것에 대한 이론가이며, 양자 컴퓨터를 제작하는 엄청난 실무적 노동은 그가 설계하지 않은 하드웨어를 다루는 다른 사람들에 의해 이루어졌습니다. 그의 책들은 증거보다는 주장의 저작들이며, 그 광범위함은 모든 것을 설명하므로 아무것도 제약하지 않는다는 비판을 자초합니다. 또한 에버렛이 다세계를, 포퍼가 인식론을, 튜링이 계산을, 도킨스가 진화적 프레임워크를 제안했다는 점을 지적하는 것도 공정합니다. 도이치의 종합은 진정 독창적이지만 그 가닥들은 빌려온 것입니다. 그의 천재성은 기존 이론을 액면 그대로 받아들일 때 어떤 결과가 나오는지 보는 데 있으며, 이는 들리는 것보다 더 드문 능력이자 명예 칭호가 암시하는 것보다 더 좁은 능력입니다.

유산

도이치는 옥스퍼드의 양자 계산 센터에서 일하고 있으며, 그가 이론상으로 창시한 이 분야는 수십억 달러의 지원을 받는 글로벌 연구 기업으로 성장했습니다. 생성자 이론이나 다세계 해석이 어떻게 되든 1985년의 논문은 건재합니다. 그것은 아무도 상상하지 못했던 계산 형태를 식별하고, 그것이 물리학 자체에 의해 암시됨을 증명했으며, 엔지니어들이 따라잡기를 기다렸습니다. 그들은 여전히 따라잡는 중입니다.