양자 - 양자 과학

중첩, 얽힘, 양자병렬성, qubit, 복제 불가 원리, 순간이동

 

일반 컴퓨팅 : 2비트 단위 계산 수행, 양자 컴퓨팅:  큐비트 (8비트) 단위 계산 수행

양자 중첩의 지수적인 정보 표현, 양자 얽힘을 이용한 병렬 연산과 같은 양자역학적인 물리 현상을 활용해 계산을 수행하는 기계

https://blog.naver.com/etripr/222762852632

[프리뷰] 양자컴퓨터와 양자내성암호, 수호와 공략 사이

 

 

큐비트(Qubit : Quantum Bit)

일반 컴퓨터의 데이터 처리를 위한 0,1의 두 숫자(비트)를 활용하는 대신 0 또는 1 의 중첩 상태를 표현 가능하도록 하는 양자 병렬성을 가진 비트

 

양자 병렬성

두 개의 입력을 동시에 처리하고 각각의 입력에 대해 중첩된 상태의 출력을 얻는다.

 

IBM은 2017년에 17큐비트(Qubit, Quantum Bit) 프로세서 프로토타입을 공개하고, 이번에는 4세대 20큐비트 프로세서를 사용해서 Q 시스템 원을 개발해 공개했다.

http://www.itnews.or.kr/?p=29915&fbclid=IwAR3hES4epYijOqlRlCJyYyi7LnJMxdqMA66okj7ShhzRgnNCCb0FhXJ8Sv8

IBM, 세계 첫 상용 양자컴퓨터 'Q 시스템 원' 공개 - IT News

 

1. ‘동시에’ 고속 연산처리, 양자 컴퓨터 정의

- 양자: 물리학의 기본 이론인 양자 역할에서 유래한 것으로 물질의 입자성과 파동성 특성을 기술하는 물리량의 최소 단위

- 양자 컴퓨터: 양자역학에서 예측하는 가장 특이한 특성인 상태 중첩(Superposition)과 얽힘(Entanglement)을 이용하여 연산을 효율적으로 수행하는 기계 장치

 

▲ 양자연산과정을 검증하기 위한 양자회로도

▲ 양자컴퓨터 계층구조 [ETRI]

2. 양자 컴퓨터의 특징

 

가. 양자 컴퓨터의 특징

 

중첩

 

- 각기 다른 상태가 동시에 존재

- 0, 1의 중첩 상태를 표현

 

얽힘

- 연결된 양자 상태를 양자 알고리즘을 이용하여 한번의 연산 명령으로 모든 양자 상태를 변화 시킴

- Qubit들 간의 상호 작용

 

양자 병렬성

- 양자 얽힘을 이용한 고유의 정보 처리 능력

- 정보 처리

 

qubit

- Quantum과 bit의 합성어

- 하나의 qubit와 마찬가지로 0, 1 두가지 상태를 이용하여 정보를 저장/처리

- 큐비트를 이용하여 큐비트수가 늘어남에 따라 계산 공간이 지수 함수적으로 늘어나는 양자 병렬성

 

나. 양자 컴퓨터의 원리/기술 별 특징

초전도체 나노 소자

- 양자로 표현되는 비트

- Qubit를 이용한 정보 저장 처리

 

원자핵 스핀(중첩)

- 관측하기 전의 전자는 우회전 상태와 좌회전 상태를 동시에 취하고 있다가 관측 후 스핀 방향을 확정

 

 

양자비트

 데이터의 병렬계산 속도를 획기적으로 향상 가능

- 모든 경우에 대한 데이터를 한번에 입력하고 처리

 

얽힘

- 다수의 양자 비트를 가지고 연산

- 상호 작용한 두 개의 양자는 아무리 떨어져 있다 하더라도 어느 한쪽의 양자 상태가 정해지면 다른 한쪽의 상태 역시 이에 영향을 받아서 결정되는 현상

 

복제불가 원리

- 임의의 양자 정보를 완벽하게 복제 불가능

- 양자암호통신의 핵심적인 요소로, 정보 전달 과정에서 도청의 위협을 원리적으로 막을 수 있음

 

알고리즘

- Shor’s Algorithm: RSA 더 이상 사용 못함

- QFT(Quantum Fourier Transform)을 이용하여 함수의 주기를 구하는 알고리즘을 고안, 단시간에 소인수 분해 가능

- Grover Algorithm: DB에서 특정 조건을 만족하는 항목을 찾음

- 소인수 분해를 하지 않고 1부터 대입해도 몇 분이면 해독 가능

 

순간이동

- 양자 얽힘을 전송 채널로 이용하여 양자 정보를 한 곳에서 사라지게 하고 다른 곳에서 나타나게 하는 전송 방법

 

 

http://webzine.koita.or.kr/202309-specialissue/%EB%B3%B8%EA%B2%A9-%EA%B0%9C%EB%A7%89%ED%95%9C-%EC%96%91%EC%9E%90-%EC%8B%9C%EB%8C%80-%EA%B8%80%EB%A1%9C%EB%B2%8C-%EC%96%91%EC%9E%90%EA%B3%BC%ED%95%99%EA%B8%B0%EC%88%A0-%EB%8F%99%ED%96%A5

본격 개막한 양자 시대, 글로벌 양자과학기술 동향 - 기술과혁신 웹진