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- 양자 얽힘은 두 입자가 멀리 떨어져 있어도 연결되어 있다는 의미다.
- 사고 게임 Silicon Brain은 인간 두뇌에서 각 신경 세포는 차례로 전기 회로로 대체
- 사고 실험 "차이니즈 룸"

얽힘의 수수께끼

JSC의 양자 정보 처리 그룹을 이끄는 Michielsen은 "사고 실험을 가설로 사용한 다음 이를 과학적 도구로 테스트한"라고 설명했다. 그녀와 그녀의 동료들은 양자 이론의 특수 현상인 양자 얽힘을 더 잘 이해하기 위해 컴퓨터 시뮬레이션을 사용한다. 이것은 1935년 사고 실험인 Einstein-Podolsky-Rosen paradox(EPR paradox)에서 설명되었다. 양자 얽힘은 두 입자가 멀리 떨어져 있어도 연결되어 있음을 의미한다. 

▲ EPR 역설: 두 수신기 중 하나가 얽힌 광자의 스핀을 측정하면 두 수신기 간의 직접적인 통신 없이 다른 수신기의 결과에 영향을 준다. © Nemirov1/ CC-by-sa 4.0

그러나 이 장거리 연결은 어떻게 작동할까? 입자는 각각의 상태를 어떻게 알 수 있을까? 그들은 정보를 교환하고 서로 "통신"할까? 알버트 아인슈타인은 이 가능성을 끝까지 의심했고 양자 얽힘을 "원거리에서 으스스한 작용"으로 묘사했다. 빛의 속도보다 빠른 속도로 정보가 교환된다는 뜻이기 때문이다.

그의 동료 모두가 아인슈타인에 동의한 것은 아니다. 오늘날까지 양자 얽힘이 작동하는 방식에 대한 다양한 해석이 있다. 이것에 대한 토론은 80년 동안 수많은 책, 잡지 기사 및 웹사이트를 가득 채웠다.

컴퓨터에서 마인드 게임

Michielsen과 그녀의 국제 팀은 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 사고 실험을 확인하고 아인슈타인이 옳았을 수 있음을 발견했다. 얽힌 입자의 상태가 서로 영향을 미치는 데는 "통신"이 아닌 다른 이유가 있어야 한다. 사고 실험을 테스트하기 위해 컴퓨터 시뮬레이션을 사용할 수 있다는 것은 비교적 새로운 과학의 주요 이점이다.

“컴퓨터 시뮬레이션에서 우리는 일종의 보호된 환경에서 입자와 테스트 가설을 가지고 놀 수 있다. 우리는 조사 대상에 영향을 미치거나 심지어 파괴하지 않고 모든 것을 볼 수 있다”라고 Michielsen은 말했다. 실험실에서는 종종 다르다. "예를 들어 입자 소스 및 감지기와 같은 필요한 장비도 기술적인 관점에서 올바르게 구현되어야 한다. 항상 그렇게 할 수 있는 것은 아니다"라고 Michielsen은 말했다.

EPR 역설에 대한 실험실 실험도 1970년대부터 수행되어 왔다. “연결된 쌍에 두 개의 입자를 명확하게 할당하는 것은 항상 어렵다. 예를 들어 우주선의 입자와 같이 실험에 속하지 않는 입자는 잘못 등록될 수 있다. 아인슈타인이 사고 실험에서 결코 의도하지 않은 절차는 실험실에서도 필요하다. 우리가 증명할 수 있었던 것처럼 둘 다 잘못된 결론으로 ​​이어진다"라고 물리학자가 말했다. "반면에 시뮬레이션에서는 이러한 모든 프레임워크 조건을 정확하게 제어할 수 있다.”

▲ 컴퓨터에서 인간의 의식을 만들 수 있을까?

AI 마인드 게임 "실리콘 두뇌와 Chinese room"

사고 실험은 또한 연구에 영향을 미치고 자극할 수 있다.
예를 들어, 사고 게임 Silicon Brain은 인간 두뇌에서 각 신경 세포는 차례로 전기 회로로 대체된다. 항상 하나씩. 결국 생물학적 두뇌는 기술적 두뇌로 대체될 것이다. 인간은 결국 같은 의식으로 여전히 똑같을까?

뇌는 어떻게 작동할까?
이것은 인간의 두뇌를 다루는 일련의 사고 실험 중 하나일 뿐이다. 그것은 종종 의식, 인공 지능 또는 감각 인상의 역할과 같은 복잡하고 때로는 매우 철학적인 주제에 관한 것이다. Forschungszentrum Jülich의 "Computational and Systems Neuroscience" 부서장인 Markus Diesmann은 "그러나 여기에는 항상 근본적인 질문이 있다. 인간의 뇌는 어떻게 작동할까?"라고 말했다.

그는 정확히 그것을 알아내려고 노력하고 있다. "사고 실험은 특히 실제로 실제로 수행하거나 결정할 수 있는 것 이상으로 생각할 때 가정과 가설이 궁극적으로 이끄는 곳을 보여준다"고 그는 믿는다. 물론 실리콘 브레인과 같은 사고 실험은 실험실에서 테스트할 수 없기 때문이다. Diesmann과 그의 물리학자 팀도 연구 접근 방식을 위해 컴퓨터 시뮬레이션을 사용한다.

컴퓨터에 있는 10만 개의 뉴런

율리히 연구원들은 인간 두뇌 시뮬레이션에 대해 연구하고 있다. "우리는 몇 가지 방정식으로 신경 세포를 설명하고 이를 사용하여 인간 두뇌와 최대한 유사해야 하는 네트워크를 조립한다. 우리는 신경 세포가 네트워크에서 함께 작동하는 방식이 정말 흥미로운 것이라고 믿는다.”

수년간의 작업에서 Diesmann과 그의 동료들은 1 입방 밀리미터의 인간 두뇌를 시뮬레이션했다. 약 10만 개의 세포가 있고 각 세포에는 다른 세포로 이어지는 약 1만 개의 접점이 있다. “과학자로서 우리에게는 제한된 도구 상자, 과학적 방법이 있다. 이를 통해 우리는 뇌를 이해하려고 노력하고 있다.” 의식에 대한 철학적 질문은 처음에는 자연스럽게 배경으로 물러난다. 아마도 Diesmann의 연구가 언젠가는 답을 찾는 데 도움이 될 것이다.

“실리콘 브레인은 정체성과 자신감에 관한 것이다. 그러나 많은 사고 실험과 마찬가지로 여기에도 윤리적 요소가 있다.” 특히 신경 과학 및 의학 분야에서 응용 윤리를 많이 다루는 Bert Heinrichs가 설명했다. 신경과학 및 의학 연구소(Institute for Neuroscience and Medicine)는 철학자를 연례 수양회 중 하나로 데려와 사고 실험의 세계를 발표했다. 

수련회 코디네이터인 요하네스 에르메르트(Johannes Ermert): "우리는 율리히 신경과학에 많은 윤리적 질문을 갖고 있다. 우리 박사과정 학생들에게 사고 실험과 같은 유용한 도구를 소개하는 것이 중요하다.“

차이니즈 룸

하인리히의 사고 실험 중 어떤 것이 그의 율리히 동료들에게 생각할 거리를 줄 것인지 물었을 때 그는 철학자 존 설의 "중국어 방"을 설명했다. 이 시나리오에서 중국어를 할 수 없는 사람은 닫힌 방에 앉아있다. 그의 앞에는 한자로 쓰여진 텍스트가 있는데, 그에게 벽의 틈새를 통해 질문 카드(또한 중국어로 된)가 주어지고 답을 주어야 한다.

이를 위해 그는 모국어로 된 설명서와 답변에 필요한 정보가 포함된 중국어 스크립트를 가지고 있다. 설명서에는 질문의 특정 문자에 대한 응답으로 어떤 문자에 대한 지침이 포함되어 있다. 그 사람은 의미를 이해하지 않고 순전히 기계적이고 형식적으로 이러한 지시를 수행하고 슬롯을 통해 외부로 답안 카드를 반환한다. "그리고 밖에 있는 사람들은? 그들은 방에 중국어를 할 수 있는 누군가가 앉아 있다고 가정한다”라고 Heinrichs는 말했다. 

▲ 옥스퍼드 대학에서 강의하는 철학자 존 설. © Matthew Breindel/ CC-by-sa 3.0

John Searle는 이 사고 실험을 사용하여 겉보기에 지능적인 컴퓨터가 기능을 수행하기 위해 의식을 소유하거나 개발할 필요가 없다는 것을 설명했다. 그의 견해로는 튜링 테스트를 통과한다고 해서 인공 지능이 인간 감각에서 진정한 지능을 가질 것이라는 증거가 될 수는 없다. Searle이 옳았는지 여부는 오늘날까지도 여전히 논쟁거리다.

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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