양자컴퓨터는 진짜로 가능한가요?
양자컴퓨터가 되면 훨씬 더 빨라진다고 하는데 진짜로 양자를 이용한 컴퓨터가 가능한가요? 그리고 양자컴퓨터를 만들수있다면 그것의 장점과 단점을 알고 싶어요
안녕하세요. 홍성택 과학전문가입니다.
양자 컴퓨터를 범용의 컴퓨터와 비교하는데, 그 둘은 상당히 다릅니다. 양자 컴퓨터는 양자가 중첩상태에 있다가 관측시 확률붕괴하여 확정되는 현상을 가지고 응용하여 특정 계산을 수행합니다. 양자들을 특정 방식으로 배열하고 연결시킨 후에 관측하고, 또 배열하고 관측하는 형태를 반복하면서 나타나는 그 관측값들을 가지고 특정 연산을 수행하게 됩니다. 자연에서 돌을 45도로 던져서 떨어지는 모양을 관찰함으로써 어떠한 계산 없이도, 포물선 계산의 결과값을 얻을 수 있듯이, 이렇게 자연이 양자들이 내부적으로 수행하는 계산을 베껴서 이용하는 것이라고 볼 수 있습니다. 따라서 범용의 계산을 할 수는 아직 없습니다(양자 여러개를 관측하는 것으로 더 범용의 계산을 하기위해 연구는 하고 있습니다)
일반 컴퓨터대비 단점은 만들기가 어렵다는 점입니다. 양자를 한두개 정도 제어하는 것도 힘든 일이고, 관측하기 전 상태를 만들기 위해서 절대온도 0도 가까이 냉각시키고 진공을 만드는 등 어려운 조건들을 만들어가야하는 문제가 있습니다(기술방식마다 조금씩 다르지만) 그래서 여전히 상용화가 어렵죠. 만들기 어렵다보니 실제로 관측한 양자값들이 이상적인 상태가 아닌지라 오류도 많고요. 그러다보니 실제 계산 결과도 석연치 않은게 현재의 상태입니다.
도움 될 만한 링크 남깁니다.
https://infoengineer.tistory.com/category/%EC%96%91%EC%9E%90%EC%BB%B4%ED%93%A8%ED%84%B0
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.
양자 컴퓨터는 양자 중첩의 지수적인 정보 표현, 양자 얽힘을 이용한 병렬 연산과 같은 양자역학적인 물리현상을 활용하여 계산을 수행하는 기계이다. 양자 전산기라고도 한다.
이러한 컴퓨터는 트랜지스터 및 커패시터 기반의 2진법 디지털 전자 컴퓨터와 완전히 다른 원리로 작동한다. 고전적인 (전통적인) 컴퓨터에서 자료의 양은 비트로 측정되며 데이터가 항상 2 개의 명확한 상태 (0 또는 1) 중 하나에 있는 2진 숫자 (비트)로 인코딩 되어야 하지만 양자 계산은 상태의 중첩으로 있을 수 있는 양자 비트 또는 큐비트를 사용한다.
그림 1. 양자정보의 기본 단위인 큐비트 (출처)
양자 정보 통신은 정보 사회의 패러다임을 바꿀 신기술로 여겨진다. 양자 정보 통신을 활용한 양자 컴퓨터는 한 개의 처리 장치에서 여러 계산을 동시에 처리할 수 있어 특정한 문제를 처리하는데 있어 정보 처리량과 속도가 지금까지의 컴퓨터에 비해 지수적으로 뛰어나다. 하지만 양자 컴퓨팅은 근본적으로 양자정보 처리, 저장 중 발생하는 노이즈, 결맞음 잃어버림과 같은 양자 에러 (quantum error)에 대해 매우 취약하고 병렬 연산을 위한 얽힘을 생성하고 제어하는 것이 실질적으로 매우 어렵다. 따라서 2018년 현재 실제 양자 컴퓨터의 개발은 아직 초기 단계이며 소규모의 양자 비트를 제어하고 간단한 양자 알고리듬을 실행하는 실험이 보여진 바 있는 수준이다. 더 나아가, 실용적인 응용을 위해 이론적인 연구가 계속되고 있으며, 많은 국가 정부와 군사 기관이 암호 해독과 같은 민간, 비즈니스, 무역, 환경 및 국가 보안 목적을 위한 양자 컴퓨터를 개발하기 위해 양자 컴퓨팅 연구에 자금을 지원하고 있다.
그림 2. 양자 에러 (quantum error) 보정 (출처)
실용적으로 파급력이 있는 양자 계산을 위해서는 양자오류 보정형 범용 양자 컴퓨터를 개발해야 하지만 오류를 보정하지 않는 수준의 양자컴퓨터를 이용해서도 고전적인 컴퓨터가 효율적으로 수행하기 힘든 의미 있는 계산을 수행할 수 있다는 취지로 연구가 진행되고 있다. 이는 양자컴퓨팅의 이론가인 존 프레스킬 (John Preskill)이 제창하였으며 이를 사용하는 시대를 오류가 있는 중형 크기의 양자 소자 시대 (Noisy intermediate scale quantum era)라고 한다. 이 시대를 선두하기 위해 IBM, Intel, Google을 포함한 많은 회사에서 소규모 양자컴퓨터가 개발 중이다.
IBM은 IBM Q Experience를 통해 클라우드 기반으로 5 큐비트 및 16 큐비트 양자 컴퓨팅 플랫폼 (초전도 기반)을 대중에게 제공하고 있다. D-Wave Systems는 양자 어닐링을 사용하는 양자 최적화 기계의 자체 버전을 개발하였고 상용으로 시판 중이다.
컴퓨터는 0과 1 2비트로 이루어져 있습니다.
메모리 1byte가 00000000 ~ 11111111로 총 128개로 나뉠 수 있는데,
양자 컴퓨터는 0, 1, 2 로 3비트 처리가 가능하니 00000000 ~ 22222222 으로 처리할 수 있습니다.(비유하자면 그렇습니다.)
즉 1바이트만 봐도 2^8이 3^8이 되버리는데,
전체 컴퓨터의 성능을 따지자면 기하급수적으로 성능이 향상될 것입니다.
이론적으로는 가능하나 아직 기술적으로는 많이 부족한 상태입니다.
안녕하세요. 과학전문가입니다.
양자 컴퓨터의 가장 큰 장점은 0과 1으 ㄹ동시에 공존시킬 수 있다는 점입니다. 이는 현재 컴퓨터가 수천년이 지나도 밝혀내기 어려운 문제들은 엄청나게 빠른 시간에 풀 수 있다는걸 의미합니다.