A Conceptual Study on Quantum Simulation–based Optimization System for Soil–Microbe Interaction

본 논문은 토양–미생물–양분 상호작용의 비선형적 복잡계를 정량적으로 모델링하기 위한 양자 시뮬레이션 기반 최적화 시스템 아키텍처를 제안한다. 토양·환경·미생물 데이터를 양자 상태공간에 인코딩하고, QAOA(Quantum Approximate Optimization Algorithm)를 적용하여 에너지 최소화 문제를 변분적 방식으로 해결하였다. 미생물 네트워크의 상호작용은 Ising Hamiltonian으로 수식화되어 토양 환경 변수와의 상호의존성을 물리적 파라미터로 표현하였다. 본 프레임워크는 디지털 트윈 농장 플랫폼과 연동되어 양자 시뮬레이션 결과를 실시간 피드백 구조로 통합하였다. 예측 시뮬레이션 결과, 비료 사용량은 15~25% 절감되고 미생물 다양성은 10~20% 향상될 것으로 분석되었다. 제안된 모델은 양자–디지털 트윈 융합형 정밀농업 시스템으로 확장 가능한 기술적 기반을 제공한다.