양자 컴퓨팅: 의미, 장점 등

양자 컴퓨팅은 계산 수행에 양자 역학 원리를 적용한 것입니다. 여기에 사용된 기본 현상은 얽힘 과 중첩 입니다.

양자 컴퓨팅은 비교적 새로운 유행어이지만 양자 역학은 훨씬 더 오래 전부터 존재해 왔습니다. 그것은 전자 산업의 주요 발전을 담당했으며 추가로 많은 인류의 신비에 대한 답을 제공합니다.

양자 역학은 원자와 아원자 입자가 작동하는 방식에 초점을 맞추는 반면 양자라는 단어는 작업할 수 있는 가장 작은 입자를 나타냅니다. 그것은 모든 물리적 개체의 가장 기본적인 빌딩 블록입니다.

막스 플랑크에서 알버트 아인슈타인, 닐스 보어, 어윈 슈뢰딩거에 이르기까지 많은 위대한 과학자들이 양자 역학의 발전과 양자 역학의 발전에 참여했으며, 양자 역학은 우리 시대의 가장 위대한 기술 경쟁 중 하나인 양자 컴퓨팅 경쟁으로 이어졌습니다.

이 게시물은 양자 현상의 마법 세계로 안내하고, 양자 현상에서 컴퓨터를 만드는 방법을 보여주고, 관련 분야를 탐구합니다.

멀리서 으스스한 액션

양자 현상은 기존의 이해를 무시하고 고전 물리학과 완전히 다른 용어로 작동합니다. 그래서 1930년대에 아인슈타인은 양자 얽힘 현상과 그것이 어떻게 전통 과학에 맞지 않는지를 설명하기 위해 "원거리에서 으스스한 행동"이라는 단어를 사용했습니다.

양자 얽힘은 새로운 것이 아닙니다. 같은 장소와 순간에 두 개의 입자를 생성하면 얽히게 됩니다. 하나에 무슨 일이 일어나든 다른 하나에 영향을 미친다는 의미입니다.

사랑에 빠지고 연인이 생각날 때마다 전화를 받는 것과 같다. 또는 전화를 걸고 "지금 막 전화하려고 했어요"라는 말을 듣습니다. 일란성 쌍둥이도 동시에 병에 걸리는 것으로 알려져 있습니다.

양자 얽힘의 가장 무서운 부분은 얽힌 입자 중 하나를 멀리 가져갈 수 있다는 것입니다. 그리고 어떤 조건이 적용되든 두 번째 입자에 즉각적으로 영향을 미치게 됩니다. 은하계의 절반 거리에서도 마찬가지입니다.

양자 컴퓨터는 이 속성을 사용하여 한 번에 여러 입자에 대한 엄청난 양의 정보를 저장합니다. 이러한 입자를 큐비트 또는 양자비트라고 하는데 먼저 두 번째 양자역학적 현상을 살펴봅니다.

에르빈 슈뢰딩거와 그의 고양이

또 다른 초기 양자 연구원은 알베르트 아인슈타인과 마찬가지로 양자 현상의 일부가 우스꽝스럽다는 것을 발견한 오스트리아 물리학자 에르빈 슈뢰딩거(Erwin Schrodinger)였습니다. 그래서 그는 양자 중첩의 역설을 시각화하기 위해 "슈뢰딩거의 고양이"라는 현재 유명한 사고 실험을 생각해 냈습니다.

이 실험에서는 고양이와 고양이를 죽일 수 있는 무언가를 상자에 넣고 봉인하면 됩니다. 상자를 열어보기 전에는 고양이가 죽었는지 살았는지 알 수 없었습니다. 따라서 논리적으로 고양이는 상자를 열 때까지 죽고 살았습니다.

중첩은 양자 컴퓨팅을 가능하게 하는 두 번째 현상입니다. 기존 컴퓨터가 주어진 시간에 1 또는 0을 나타낼 수 있는 정보 비트로 작동하는 반면, 양자 컴퓨터는 0과 1을 동시에 나타낼 수 있는 큐비트(양자 비트)로 작동합니다. 살아 있는.

다음은 큐비트에 대해 자세히 살펴보겠습니다.

비트 대 큐빗

큐비트는 양자 컴퓨팅을 가능하게 하는 것입니다. 양자 비트 또는 큐비트라고도 하는 큐비트는 정보를 저장하고 검색하기 위해 조작할 수 있는 가장 작은 에너지 단위입니다.

일반 컴퓨터 비트는 주어진 시간에 0 또는 1만 될 수 있습니다. 양자 비트는 동시에 둘 다일 수 있습니다. 따라서 두 개의 일반 비트는 주어진 시간에 00, 01, 10 및 11을 보유할 수 있습니다. 그러나 두 개의 양자 비트는 동시에 네 가지 상태를 모두 보유할 수 있습니다. 이는 4배 더 빠른 컴퓨팅 주기를 의미합니다.

3개의 일반 비트를 사용하면 주어진 시간에 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 및 111을 얻을 수 있습니다. 그러나 3개의 큐비트는 8개의 모든 상태를 동시에 유지하여 8배 더 빠른 컴퓨팅 주기를 제공합니다. 보시다시피 이 관계는 기하급수적이며 각 비트가 추가될 때마다 사용 가능한 정보 양이 두 배가 됩니다.

따라서 5큐비트에서는 32개의 동시 상태를 보고 있고 10큐비트에서는 1,000개 이상의 상태를, 20큐비트에서는 백만 개 이상의 상태를 보고 있습니다. 이제 IBM과 Google이 개발 중인 1,000큐비트 양자 컴퓨터가 동시에 보유할 수 있는 상태가 몇 개인지 생각해 보십시오.

광자, 전자, 원자핵, 양자점, 초전도체 및 기타 구현에서 큐비트를 만들 수 있습니다. 목표는 마음대로 설정하고 측정할 수 있는 안정적인 양자 에너지 집합을 만드는 것입니다.

양자 컴퓨팅의 장점

양자 컴퓨팅의 주요 장점은 복잡한 문제의 즉각적인 결과입니다. 이것은 많은 가능성 중에서 정답을 선택해야 하는 상황에서 주로 발생합니다. 그리고 이것은 인공 지능의 숫자 인수 분해, 대규모 시뮬레이션 및 패턴 인식에 적합합니다.

기존 컴퓨터의 표준 접근 방식은 원하는 것을 찾을 때까지 각 가능성을 조사하는 것입니다. 종종 건초 더미 검색에서 바늘이라고 하는 이 작업에 걸리는 시간은 걸러내야 하는 건초 또는 레코드의 양에 따라 다릅니다. 그리고 당신의 기계가 얼마나 빠른지.

슈퍼컴퓨터는 각 가능성을 확인하는 속도를 높여 이러한 문제를 더 쉽게 만듭니다. 반면에 양자 컴퓨터는 큐비트가 충분하다면 모든 가능성을 동시에 생성할 수 있습니다. 그렇기 때문에 일반 컴퓨터가 계산하는 데 수백 년에서 수천 년이 걸리는 문제를 몇 시간 만에 계산할 수 있습니다.

양자 컴퓨팅 문제 및 제한 사항

기존 컴퓨터에서 비트를 쉽게 측정할 수 있지만 큐비트를 측정하면 큐비트의 상태와 얽힌 큐비트의 상태가 파괴됩니다.

또한 고전적인 비트는 전하(1)를 보유하거나 보유하지 않아야(0)해야 하는 광범위한 반도체 재료로 만들어집니다. 그러나 큐비트는 훨씬 더 복잡하고 구현하기 어렵습니다. 큐비트를 공간적으로 격리하는 것 외에도 온도 및 정전기 변동과 같은 환경 간섭으로부터 큐비트를 보호해야 합니다. 이러한 작은 환경 변화도 이러한 상태를 손상시키기 때문입니다.

이러한 얽힘 또는 시스템 균형의 손실을 양자 결맞음(quantum decoherence)이라고 하며 대부분의 연구자가 해결하려고 하는 주요 문제입니다. Google의 곧 출시될 1,000큐비트 시스템은 각 큐비트의 오류 수정을 위해 최대 1,000큐비트가 필요할 정도로 심각합니다. 따라서 100만 큐비트 기계로 만듭니다.

또한 현재로서는 노트북이나 스마트폰처럼 양자 컴퓨터를 다룰 수 없다는 의미이기도 합니다. 컴퓨터는 큐비트에 대한 안전한 수준의 안정성을 유지하기 위해 실험실 조건이 필요합니다.

또 다른 단점은 모든 컴퓨팅 문제가 많은 양의 숫자 또는 가능성을 포함하는 것은 아니기 때문에 소위 양자 우위의 제한된 범위입니다. 따라서 대부분의 다른 작업에서 컴퓨팅 성능 향상은 양자 컴퓨팅 접근 방식을 정당화하기에는 너무 미미합니다. 그리고 양자 컴퓨터가 고전 컴퓨터보다 저렴해지지 않는 한, 양자 컴퓨터도 조만간 이를 대체하지 않을 것입니다.

이러한 모든 단점에도 불구하고 양자 컴퓨터와 큐비트는 쉽게 처리할 수 있는 숫자가 많기 때문에 컴퓨터 산업에서 많은 잠재력을 가지고 있습니다.

양자 컴퓨팅에 위험이 있습니까?

예. 모든 훌륭한 해커는 모든 기술에 허점이 있다는 것을 알고 있습니다. 찾기만 하면 됩니다. 따라서 미래에 양자 컴퓨터가 실제로 구현되더라도 기술에는 여전히 문제가 있을 것입니다. 그리고 그것을 활용할 준비가 된 배우들.

이 시나리오는 은행, 금융, 정부 및 유사한 공공 활동과 같은 용도를 나타냅니다. 두 번째 시나리오는 악의적인 행위자가 우수한 양자 컴퓨터의 놀라운 능력을 사용하여 위업을 달성하는 경우입니다. 그리고 항상 그렇듯이 사람들은 행위가 완료된 후에야 그러한 가능성을 알게 될 것입니다.

양자 컴퓨팅은 숫자와 잘 어울립니다. 따라서 공개 키 RSA와 같이 인수분해를 사용하는 비대칭 암호화 알고리즘은 안전하지 않습니다. 반면에 AES-256 및 512, SHA-256 및 512와 같은 해싱 및 대칭 암호화는 비교적 안전합니다.

양자역학의 다른 응용

양자 컴퓨팅의 세계가 흥미롭지만 여전히 양자 역학의 일부일 뿐입니다. 즉, 양자 파티는 이제 막 시작되었습니다.

양자 역학은 반도체 및 현대 전자 제품 개발에 중요한 역할을 했습니다. 스위스에 기반을 둔 양자 암호 기술의 선구자인 ID Quantique와 같은 양자 네트워킹 및 암호 기술에 대한 작업도 진행 중입니다. 또한 양자 현상은 광합성, 후각 수용체, 심지어 시간에 대한 이해를 포함한 수많은 연구 분야에서 가능성을 추가로 보여주었습니다.

실제 양자 컴퓨터

많은 양자 컴퓨터 및 유사한 응용 프로그램이 있습니다. 그들은 Google 및 IBM과 같은 대규모 다국적 기업과 정부, 그리고 심지어 Rigetti와 같은 소규모 기업에서 왔습니다.

양자 컴퓨팅은 현재 지구상에서 가장 인기 있는 연구 분야 중 하나입니다. 따라서 여러분이 상상할 수 있는 것보다 더 많은 비밀 프로그램이 있을 것입니다. 다음은 몇 가지 주요 프로젝트입니다.

• Google은 54큐비트 및 72큐비트 시스템을 소유하고 있습니다.
• IBM은 65큐비트 맨해튼을 포함하여 전 세계에 흩어져 있는 30개 이상의 머신을 소유하고 있습니다.
• 중국에는 76큐비트 기계와 양자 위성 통신을 포함한 많은 양자 컴퓨터가 있습니다.
• Google의 54큐비트 Sycamore 기반 머신은 슈퍼컴퓨터가 계산하는 데 10,000년이 필요한 것을 계산하는 데 200초밖에 걸리지 않았습니다.
• IBM, 2023년까지 1,000큐비트 머신 개발
• Rigetti Computing은 31큐비트 머신을 포함하여 4대를 소유하고 있습니다.
• Google은 2029년까지 1,000큐비트 컴퓨터를 만들기 위해 새로운 양자 센터를 구축하고 있습니다. 오류 수정을 고려하면 해당 컴퓨터의 총 큐비트는 100만 개에 달할 수 있습니다.

결론

양자 컴퓨터가 여기에 있습니다. 그들은 많은 기회를 창출하고 고전 컴퓨터가 수십 년 동안 씨름해 온 실제 문제를 해결할 것이기 때문입니다.

그러나 우리가 거기에 도달하기까지 해야 할 많은 일과 극복해야 할 과제가 있습니다. 그때까지 중국은 세계를 놀라게 할 수 있습니다.