[조선 직장인의 노하우] 양자컴퓨팅에 대한 조사 후기...
[개요]
ㅇ (정의) 양자 역학에서 양자 얽힘, 중첩, 텔레포테이션 등의 효과를 이용해 계산하는 컴퓨터를 말한다.
ㅇ (특징) 기존 컴퓨터가 0과 1만 구분할 수 있는 반면, 양자 컴퓨터는 0과 1을 동시에 공존시킬 수 있다는 것이 특징이다.
- 양자 프로세서는 양자 논리 게이트(quantum logic gate)를 실행할 수 있는 작은 양자 컴퓨터이다. 양자 네트워크의 이점은 주로 계산(computation)과 통신(communication) 측면에서 고려된다. 계산에 주는 이점은 양자 네트워크를 통해 여러 양자 프로세서를 연결하여 더 계산 능력이 좋은 양자 컴퓨팅 클러스터(quantum computing cluster)를 만들 수 있다는 것이다. 통신에 주는 이점은 국소적인 양자 네트워크들의 연결을 통해 멀리 떨어진 여러 양자 프로세서들 간의 양자 정보 교환을 가능하게 해준다. 이런 양자 인터넷의 구축은 수많은 애플리케이션들을 가능하게 한다. 그리고 대부분의 양자 인터넷 애플리케이션들은 고성능의 양자 프로세서를 요구하지 않는다. 예를 들어 양자 키 분배(quantum key distribution)의 경우 단일 큐비트를 측정하고 준비할 수 있는 양자 프로세서만 있어도 구현할 수 있다.
※ 큐비트는 양자 비트(quantum bit)의 약어로서, 양자 정보량(quantity)의 기본 단위이다. 큐비트와 고전 비트의 중요한 차이 중 하나는 큐비트가 2차원의 양자 상태로 표현된다는 점에 있다. 양자 상태를 정보량의 단위로 사용할 경우 양자역학의 고유한 현상들이 정보량을 정의하는 데에 중요해지므로, 큐비트를 단위로 하는 정보는 기존의 고전 정보와 완전히 다른 성격을 갖게 된다. 고전 비트가 0과 1 사이의 선택인데 비해, 큐비트는 일반적으로 상태 |0⟩과 상태 |1⟩의 중첩 상태로 표현한다.
ㅇ (장점) 양자 컴퓨터의 주요 장점은 다음과 같다:
1. 병렬 처리 능력: 양자 컴퓨터는 양자 중첩과 양자 얽힘을 통해 많은 계산을 동시에 처리할 수 있다. 이는 전통적인 디지털 컴퓨터보다 훨씬 빠른 계산 속도를 제공할 수 있다.
2. 대규모 데이터 처리: 양자 컴퓨터는 대규모 데이터 집합의 복잡한 계산을 처리하는 데 특히 유용 히다.
3. 암호 해독: 양자 컴퓨터는 특히 보안 분야에서 암호 해독에 유용합니다. 양자 컴퓨터는 전통적인 암호화 기술을 더욱 효과적으로 해독할 수 있으며, 이는 보안 시스템의 취약성을 드러내고 보안 기술의 발전에 기여할 수 있다. 예로 양자컴퓨터의 발전이 코인 시장의 보안을 위협한다는 말도 있다.
4. 신소재 및 화학 시뮬레이션: 양자 컴퓨터는 분자 구조 및 반응을 시뮬레이션하는 데 사용될 수 있다. 이를 통해 신소재 개발 및 화학 과정에 대한 이해를 높이고, 새로운 소재 및 화학 반응을 발견하는 데 기여할 수 있다.
5. 머신 러닝 및 인공지능: 양자 컴퓨터는 머신 러닝 및 인공지능 알고리즘의 효율적인 실행을 지원할 수 있다. 복잡한 패턴 및 데이터를 분석하고 처리하고, 더욱 정확하고 빠른 학습을 가능하게 한다.
6. 효율적인 최적화: 양자 컴퓨터는 다양한 최적화 문제를 효율적으로 해결할 수 있다.
ㅇ (한계) 복잡한 AI 모델 실행 처리 능력 한계, 대용량 데이터나 복잡한 AI 모델의 기기 내 저장 시 메모리(공간) 제약, 하드웨어 제한에 따른 기능 제한
[양자 컴퓨팅의 흐름]
▲1965년대 물리학자 리처드 파인만이 처음 양자컴퓨터 개념 제시
▲1980~1985년 범용 양자컴퓨터
▲1994~2000년 MIT 피터쇼어는 기존 알고리즘보다 소인수 분해를 훨씬 더 빠르게 처리할 수 있는 새로운 알고리즘 제안
▲2000~2020년 양자 우월성이 드러났으며, 2001년, IBM 알마덴 연구센터(Almaden Research Center)는 당시를 기준으로 세상에서 가장 복잡한 양자컴퓨터 계산을 수행했다. IBM, 스탠퍼드 대학과 공동으로 진행한 이 프로젝트는 7큐비트 프로세서에서 15를 소인수 분해하는 방식으로 쇼어 알고리즘을 최초 구현했다고 발표
▲ IBM은 2021년에 127큐비트 프로세서를 시작으로, 2022년과 2023년에 각각 433큐비트 시스템과 1,121큐비트 시스템을 최초 공개할 계획이다.
