양자 컴퓨팅의 기초

양자 컴퓨팅의 기초

양자 이론 매우 작은 입자와 빛은 우리가 일상생활에서 만나는 물체와 다르게 행동합니다. 원자 및 원자 규모의 빛과 물질의 역학은 화학과 대부분의 물리학의 기본 원리를 형성하는 양자 이론으로 설명됩니다. 양자 이론은 이미 트랜지스터, 레이저, 원자력 및 초전도의 파괴적인 기술로 정보 시대를 가져왔습니다. 그러나 고전 물리학의 관점에서 이 이론은 반 직관적이거나 심지어 정상적이지 못한 것으로 보일 수 있습니다. 양자 물체는 동시에 두 군데에 있는 것처럼 보이고, 금속 와이어의 전류는 시계 방향과 시계 반대 방향으로 동시에 흐를 수 있으며, 물체는 때때로 파동과 입자처럼 행동할 수 있습니다. 리처드 페인만과 같은 노벨상 수상자 조차도 양자 역학의 해석을 위해 어려움을 겪으며 유명한 원리를 이끌어 냈습니다. 누구도 양자 역학을 제대로 이해하지 못하지만 안전하다고도 생각하지 않습니다. 양자 역학의 응용은 간단하지는 않지만이 물리학 분야와 과학 기술 및 정보 처리 분야에서 완전히 새로운 가능성의 세계를 열어줍니다. 그중 가장 유망한 것 중 하나는 양자 컴퓨터입니다. 양자 컴퓨터는 양자 계산을 수행하는 장치입니다. 양자 컴퓨터는 알고리즘을 수행하기 위해 제어된 방식으로 큐비트의 양자 상태를 조작합니다. 범용 양자 컴퓨터는 임의의 입력 양자 상태로부터 임의의 선별할 수 있는 장치입니다. 양자 컴퓨터의 개발은 아직 초기 단계에 있으며, 이 시스템은 수십에서 수십 개의 양자 비트로 구성됩니다. 추가 개발의 주요 과제는 양자 컴퓨터를 확장 가능하게 만들고 내결함성이 있도록 하는 것입니다. 이는 신뢰할 수 없는 구성 요소 조차 사용하면서도 범용 양자 작업을 수행할 수 있음을 의미합니다. 지난 20년 동안 점점 더 많은 양자 역학 개념이 정보 처리에 도입되어 소위 양자 알고리즘의 개발이 가능해졌습니다. 초기의 획기적인 발전 중 하나이자 현재까지 양자 컴퓨팅에 대한 가장 강력한 논쟁 중 하나는 소수로 소수를 인수 화하는 쇼어 알고리즘입니다. 여러 가지 형태로 이 알고리즘은 시작을 알리고 있습니다. 양자 컴퓨터를 만드는 데 필요한 것을 배우려는 노력은 다방면으로 증가시켰습니다. 이론적인 노력과 병행하여 획기적인 진전이 실험 측면에서 취해졌습니다. 물리학 자들은 광자, 원자 또는 전자와 같은 개별 양자 물체를 감지하고 제어할 수 있는 방법을 개발했습니다. 이 양자 객체는 큐비트의 물리적 구현으로 사용될 수 있습니다. 양자 컴퓨터에는 여전히 많은 난제와 함께 더 많은 기회가 있습니다. 네덜란드 델프트에 있는 QuTech의 과학자와 엔지니어들은 양자 컴퓨팅을 현실로 만들기 위해 열심히 노력하고 있습니다. 현재까지 상당한 진전이 이루어지고 있습니다. Dilbert의 양자 컴퓨터 프로토 타입과 달리 그들의 플랫폼은 이미 사용할 준비가 되었습니다. 이 플랫폼은 광범위한 지식 기반으로 두 개의 실제 양자 하드웨어 칩과 양자 컴퓨터 에뮬레이터 및 매우 실제적이고 고유한 양자 알고리즘을 실행하는 편집기로 구성되어 있습니다. 퀸텀 인스피어는 여러분의 손끝에 실험과 탐색 그리고 즐거움을 제공합니다. 큐비트 또는 양자 비트는 클래식 비트의 양자 역학적 아날로그입니다. 고전적인 컴퓨팅에서 정보는 비트로 인코딩 되며, 여기서 각 비트는 0 또는 1의 값을 가집니다. 양자 컴퓨팅에서 정보는 큐비트로 인코딩 됩니다. 큐비 트는 두 가지 기본 큐비트 상태가 일반적으로 다음과 같이 쓰이는 2단계 양자 시스템입니다. 클래식 비트와 달리 두 상태의 선형 조합에서 이 현상은 중첩됩니다. QuTech Academy는 몇 가지 기본적인 큐비트 속성에 대해 설명합니다. 몇 가지 예를 들면 광자의 분극과 이온의 이산 에너지 레벨 중 2개, 초전도 트랜스 몬 큐비트, 원자의 핵스핀 상태 또는 전자의 스핀 상태입니다. 퀸텀 인스피어는 다양한 큐비트 기술을 제어하도록 설계되었습니다. 모듈식 설계 덕분에 기술에 의존하지 않는 구성 요소인 소프트웨어 및 하드웨어를 교체하면서 기술에 독립적인 구성 요소를 재사용할 수 있습니다. 퀀텀 인스피어는 최고 수준의 엔지니어링 방식을 사용하여 구축되었습니다. 실험적인 설정에서 시작하여 계층화된 모듈형 시스템은 견고한 하드웨어 시스템으로 마무리하여 설계가 되었있습니다. 양자 컴퓨터는 양자 칩 하드웨어, 고전적인 제어 전자 장치, 양자 컴파일러, 클라우드 액세스가 가능한 웹 인터페이스를 갖춘 소프트웨어 프런트 엔드 등 여러 계층으로 구성되어 있습니다. 풀 스택 시스템은 이 새로운 컴퓨터 패러다임을 이해하기 위한 필수적인 시험대입니다. 개별 시스템 계층과 그 계층들의 상호 의존성에 대한 신중한 분석을 통해서만 기술 가속기로 작용할 수 있는데, 그 이유는 혁신 로드맵과 공급망에서 격차와 필요한 다음 단계를 탐지하는 것이 가능해 지기 때문입니다. 시뮬레이션에서 대부분의 경우 시스템의 최종적으로 전체 양자의 상태를 결정한 다음, 가능한 모든 결과에서 샘플링할 수 있습니다. 이것이 가능한 알고리즘을 결정론적 알고리즘이라고 합니다. 일부 특수한 경우 최종 양자 상태는 결정되지 않습니다. 이러한 경우에 의미 있는 결과를 얻으려면 알고리즘 끝에 측정을 추가하여야 됩니다. 알고리즘에 측정 명령을 포함하면 가능한 모든 최종 상태에 대한 히스토그램을 얻기 위해 여러 실행을 실행해야 하므로 알고리즘의 런타임이 증가합니다. 알고리즘을 실행하면 대기열에 예약됩니다. 대기 시간은 대기 위치 및 알고리즘 실행에 필요한 시간에 따라 다릅니다. 알고리즘 실행이 예약된 동안 편집기로 돌아가면 알고리즘을 변경하고 다른 실행을 또 진행할 수 있습니다.