양자컴퓨팅

양자 컴퓨팅 (Quantum Mechanics)

• 양자컴퓨터를 왜 알아야 하나?
  • 양자 우위(Quantumm Supremancy)가 다가오기 때문이다.
    • 양자 우위: 처음으로 양자 컴퓨터가 최고의 기존 컴퓨터보다 우수한 성능을 보인 순간
  • 지수 복잡도 수준 문제를 다항 복잡도 수준으로 해결가능
    • O(2^n) ->O(n^k)
  • RSA 암호키 해독시간
    • 매우 큰 자리 숫자를 수인수 분해!

Quantum Apllcation Areas

• QuantumAI
• Quantum Security Enccryption
• Quantum Weather Forecasting
• Quantum Finance
• Quantum Medicine
• Quantum Aerospace/Astrospace Development
• Quantum Data Center, Quantum Search Engine
• 양자역학 (Quantum Mecahnics)
  • 중첩(Superposition) : 여러가지 상태가 동시에 존재
  • 얽힘(Entanglement) : 양자들 사이의 상관관계 -> 이를 이용해 양자 정보 전달이 가능

양자 얽힘(Quatum Entanglement)

• 양자얽힘
  • 두 부분계 사이에 존재할 수 있는 일련의 비고전적인 상관관계
  • 한 쪽의 측정과 동시에 다른 쪽 중첩이 동시에 붕괴된다.
  • 멀리 떨어져 있더라도 관측을 통해 입자상태가 결정되면 다른 입자 상태는 자동으로 결정된다.
• 예시
  • 두 입자를 일정한 양자상태에 두어 두 입자의 스핀이 항상 반대가 되도록 하자
  • 양자역학에 따르면, 측정하기 전까지는 두 입자의 상태를 알 수 없다.
  • 하지만 측정을 한다면, 그 순간에 한 계의 상태가 결정되고
  • 이는 즉시 그계와 얽혀 있는 다른 계의 상태까지 결정하게 된다.
  • 이는 마치 정보가 순식간에 한 계에서 다른 계로 이동한 것 처럼 보인다.
• 양자전송
  • 양자 얽힘을 통하여 양자역학적으로 정보를 전송할 수 있다.
  • 정보다 빛보다 빨리 전송될 수 없으므로 상대성 원리를 위배하지 않음

양자 중첩

• 양자 중첩 : 전자는 축을 중심으로 회전하는데 회전운동량(스핀)의 서로 다른 두 상태가 동시에 존재할 수 있다.
• 양자컴퓨터 (큐비트) : 양자 중첩 현상을 이용해 양자 연산 컴퓨터를 만들 수 있다.

슈뢰딩거의 고양이

• 양자역학을 반박하기 위해 고안한 사고실험.
• 우연적으로 일어나는 미시적인 사건이 거시적 세계에 영향을 미칠 때 어떻게 되는가를 보여주는 것.
• 양자역학에 의하면, 미시적인 세계에서 일어나는 사건은 그 사건이 관측되기 전까지는 확률적으로 밖에 계산할 수 밖에 없으며, 가능한 서로 다른 상태가 공존하고 있다...

양자 컴퓨터 방식

• 양자 게이트 방식 = Quantum Computer
  • 범용 양자 컴퓨터
  • finding Exact Solutions
  • 고전 컴퓨터의 And Or Not Gate와 비슷
  • 만들기 어렵다(영하273도에서 작동)
• 양자 어닐링(Anealing) = Quatum Simulator
  • 특수목적 양자 컴퓨터, 양자 시뮬레이터
  • finding Approximate Solutions
  • 고전적 Simulated Annealing을 양자적으로 변형
  • 비교적 만들기 쉬움(초전도체에서 작동)

The Qubit

• 0과 1이 중첩된 상태
• 관측 시, 상태가 결정
• |0> = (1 0) , |1> = (0 1)

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양자컴퓨터
구글이 양자컴퓨터가 슈퍼컴퓨터의 성력을 뛰어넘었다고 발표.
IBM은 과장이라고 주장. 특정 연산에 한해서만 가능하다는 것.
상용컴퓨터로 넘을 수 없는 근본적인 속도의 한계 -> 슈퍼컴퓨터 등장
기존의 컴퓨터는 0과 1의 값을 갖음. 정보의 중첩X.
정보의 중첩+얽힘 (큐비트) 0이면서 동시에 1일 수 있음.
큐비트는 동시에 0이면서 1일 수 있음. 즉, 두개의 큐비트는 00 01 10 11 등 여러개의 값을 동시에 가질 수 있음.
큐비트가 표시하는 정보량은 2^n 증가함.
이러한 양자 중첩을 통해 양자컴퓨터는 기존컴퓨터와 다르게 병렬계산이 가능해집니다