양자 컴퓨터란 무엇이고 어떻게 활용 할 수 있을 것인가?

양자컴퓨터

양자 컴퓨터는 양자역학의 거의 신비한 현상들 중 일부를 이용하여 처리력에 있어서 거대한 도약의 도약을 한다. 양자 기계는 오늘날과 미래의 슈퍼컴퓨터를 능가할 것을 약속한다. 하지만 그들은 기존의 컴퓨터를 없애지는 않을 것이다. 고전적인 기계를 사용하는 것은 여전히 대부분의 문제를 해결하는 가장 쉽고 경제적인 해결책이 될 것이다. 그러나 양자 컴퓨터는 재료 과학에서 제약 연구에 이르는 다양한 분야의 신나는 진보를 가능하게 할 것이다. 기업들은 이미 전기 자동차용 가볍고 더 강력한 배터리 같은 것을 개발하고, 새로운 약품을 만드는 것을 돕기 위해 그들과 함께 실험을 하고 있다. 양자 컴퓨터의 힘의 비밀은 양자 비트, 즉 쿼트를 생성하고 조작하는 능력에 있다.

 

쿼비트

쿼비트란 무엇인가?

오늘날의 컴퓨터는 1초 또는 0초를 나타내는 일련의 전기 또는 광학 펄스를 사용한다. 당신의 트윗과 이메일에서 당신의 아이튠즈 노래와 유튜브 비디오에 이르기까지 모든 것은 기본적으로 이 이진수의 긴 문자열이다. 반면에 양자 컴퓨터는 전형적으로 전자나 광자와 같은 아원자 입자인 쿼비트를 사용한다. 쿼트를 생성하고 관리하는 것은 과학적이고 공학적인 도전이다. IBM, 구글, 리게티 컴퓨팅과 같은 몇몇 회사들은 깊은 우주보다 더 추운 온도로 냉각된 초전도 회로를 사용한다. IonQ와 같은 다른 것들은 전자 파장에 있는 개별 원자들을 초고진공 챔버의 실리콘 칩에 가둔다. 두 경우 모두 제어된 양자 상태에서 쿼트를 분리하는 것이 목표다. 쿼비트는 연결된 그룹이 동일한 수의 이진 비트보다 훨씬 더 많은 처리 능력을 제공할 수 있다는 것을 의미하는 이상한 양자 특성을 가지고 있다. 그 속성 중 하나는 중첩이라고 알려져 있고 다른 하나는 얽힘이라고 알려져 있다.

 

 

양자 중첩

중첩이란 무엇인가?

쿼빗은 1과 0의 수많은 가능한 조합을 동시에 나타낼 수 있다. 여러 상태에 동시에 있을 수 있는 이 능력을 중첩이라고 한다. 중첩 위치에 쿼비트를 넣기 위해, 연구원들은 정밀 레이저나 마이크로파 빔을 사용하여 큐비트를 조작한다. 이러한 직관에 반하는 현상 덕분에, 중첩된 여러 개의 쿼비트을 가진 양자 컴퓨터는 엄청난 수의 잠재적 결과들을 동시에 아삭아삭 거릴 수 있다. 계산의 최종 결과는 쿼비트이 측정된 후에만 나타나며, 이것은 즉시 양자 상태를 1 또는 0으로 "붕괴"시킨다.

 

 

양자얽힘

얽힘이란 무엇인가?

연구원들은 한 쌍의 두 구성원이 하나의 양자 상태로 존재한다는 것을 의미하는 "접합"된 쌍의 쿼비트를 생성할 수 있다. 쿼비트 중 하나의 상태를 변경하면 즉시 예측 가능한 방식으로 다른 쿼비트의 상태를 변경할 수 있다. 아주 먼 거리로 떨어져 있어도 이런 일이 일어난다. 아무도 어떻게 또는 왜 얽히고설켜지는지 잘 모른다. 그것은 심지어 그것을 "멀리서 무시무시한 행동"이라고 명명한 아인슈타인을 당황하게 했다. 하지만 양자컴퓨터의 파워에 핵심이 되는 겁니다. 기존 컴퓨터에서는 비트 수를 두 배로 늘리면 처리 능력이 두 배가 된다. 그러나 얽힘 덕분에 양자 기계에 추가 쿼비트를 추가하면 숫자 크러칭 능력이 기하급수적으로 증가한다. 양자 컴퓨터는 그들의 마법을 작동시키기 위해 일종의 양자 데이지 체인에 얽힌 쿼비트를 이용한다. 이 기계들이 특수하게 설계된 양자 알고리즘을 사용하여 계산 속도를 빠르게 하는 것이 그들의 잠재력에 대해 그렇게 많은 화제를 불러일으키는 이유다. 그게 좋은 소식이야. 나쁜 소식은 양자 기계가 정합성 결여로 인해 고전적인 컴퓨터보다 훨씬 더 오류가 발생한다는 것이다.

 

 

양자 탈착

탈착이란 무엇인가?

양자 행동을 붕괴시키고 궁극적으로 사라지게 하는 방법으로 그들의 환경과 쿼비트의 상호작용을 디코오티(decoence)라고 한다. 그들의 양자 상태는 극도로 취약하다. 양자 언어에서 "소음"이라고 알려진 온도 장애의 약간의 진동이나 변화는 그들이 그들의 일이 제대로 이루어지기 전에 중첩에서 굴러떨어지게 할 수 있다. 그렇기 때문에 연구자들은 초냉각 프리지와 진공 챔버의 외부로부터 쿼트를 보호하기 위해 최선을 다한다. 하지만 그들의 노력에도 불구하고, 소음은 여전히 많은 오류를 계산에 슬금슬금 밀어 넣게 한다. 스마트 양자 알고리즘은 이들 중 일부를 보상할 수 있으며, 더 많은 퀘빗을 추가하는 것도 도움이 된다. 그러나, "논리적" 쿼비트으로 알려진, 매우 신뢰할 수 있는 단일 쿼트를 만들려면 수천 개의 표준 쿼비트가 필요할 것이다. 이것은 양자 컴퓨터의 계산 능력을 많이 약화시킬 것이다. 문제는 연구자들이 지금까지 128쿼트 이상의 표준 쿼터를 만들어내지 못했다는 겁니다. 그래서 우리는 널리 유용하게 사용될 양자컴퓨터를 얻기까지는 아직 많은 시간이 남았다. 그것은 "양적 우월주의"를 최초로 보여준 개척자들의 희망을 꺾지 못했다.

 

양자우월주의란 무엇인가?

양자 컴퓨터가 가장 강력한 슈퍼컴퓨터조차 손에 넣을 수 없는 수학적 계산을 완성할 수 있는 지점이다. 연구자들이 클래식 기계의 성능을 향상시키기 위한 새로운 알고리즘을 계속해서 찾고 슈퍼컴퓨팅 하드웨어가 계속해서 향상되고 있기 때문에 이것을 달성하기 위해 정확히 얼마나 많은 쿼비트가 필요할지는 여전히 불확실하다. 그러나 연구자들과 회사들은 세계에서 가장 강력한 슈퍼컴퓨터에 대한 테스트를 진행하면서 이 타이틀을 얻기 위해 열심히 노력하고 있다. 이 이정표를 달성하는 것이 얼마나 중요한지에 대해 연구 세계에서는 많은 논쟁이 있다. 기업들은 패권이 선언되기를 기다리기보다 이미 IBM, 리게티, 캐나다 기업 디웨이브 같은 기업이 만든 양자컴퓨터로 실험을 시작하고 있다. 알리바바와 같은 중국 회사들도 양자 기계에 대한 접근을 제공하고 있다. 일부 기업은 양자 컴퓨터를 구입하고 있고, 다른 기업은 클라우드 컴퓨팅 서비스를 통해 이용할 수 있는 컴퓨터를 사용하고 있다.

 

 

양자 컴퓨터가 가장 먼저 유용할 것 같은 곳은 어디인가?

양자 컴퓨터의 가장 유망한 응용 프로그램 중 하나는 물질의 행동을 분자 수준으로 시뮬레이션하는 것이다. 폭스바겐이나 다임러 같은 자동차 제조업체들은 성능 향상을 위한 새로운 방법을 찾는데 도움을 주기 위해 양자 컴퓨터를 사용하여 전기 자동차 배터리의 화학적 구성을 시뮬레이션하고 있다. 그리고 제약회사들은 신약 창조를 초래할 수 있는 화합물을 분석하고 비교하기 위해 그것들을 활용하고 있다. 이 기계들은 또한 많은 잠재적 해결책들을 아주 빠르게 훑어낼 수 있기 때문에 최적화 문제에도 아주 좋다. 예를 들어, 에어버스는 항공기의 가장 연료 효율이 높은 등반 및 하강 경로를 계산하는 데 도움을 주기 위해 이 항공기를 사용하고 있다. 폴크스바겐은 혼잡을 최소화하기 위해 시내 버스와 택시의 최적 노선을 계산하는 서비스를 공개했다. 일부 연구원들은 또한 이 기계가 인공지능을 가속화하는 데 사용될 수 있다고 생각한다. 양자 컴퓨터가 그들의 잠재력을 최대한 발휘하려면 꽤 많은 시간이 걸릴 수 있다. 이를 위해 일하는 대학과 기업들은 이 분야의 숙련된 연구자 부족과 일부 핵심 부품의 공급자의 부족에 직면해 있다. 그러나 이국적인 새로운 컴퓨터 기계들이 그들의 약속에 부응한다면, 그들은 산업 전체를 변화시키고 세계 혁신을 촉진시킬 수 있을 것이다.