양자 컴퓨터의 미래

양자컴퓨터는 어떻게 작동하는가?

양자 컴퓨터를 구축하려면 먼저 컴퓨팅 및 저장 장치가 필요합니다. 양자컴퓨터의 기본 단위 큐비트는 기존 컴퓨터의 비트에 대한 양자 역학적 대응 물입니다. 비트는 이진 시스템에서 0 또는 1 중 한 가지로 되어있습니다. 한편, 큐비트는 중간 상태 0 일 수 있으며, 특정 기간 동안 소위 코 히어 런스 타임 일 수 있습니다. 이 상태를 중첩이라고도 합니다. 측정을 통해 큐비트는 명확하게 정의된 두 상태 중 하나로 변경되어 측정 결과를 클래식 비트로 저장할 수 있습니다. 이 중첩 손실을 분리라고 합니다. 양자컴퓨터의 기술적 구조는 와이어, 금속 및 플라스틱으로 만들어진 구조물에 나사 머리가 있는 금속 스트럿으로 고정을 한 고리 형태의 구조물로 되어 있습니다. 폴 트랩의 이온 실험실에서 연구원들은 SQUID로 알려진 이온 또는 초전도 루프에서 큐비트를 생산했습니다. 인스브루크 대학 의 Rainer Blatt와 그의 동료들은 이온을 실험을 진행하였습니다. 연구진들은 단순히 양전하를 띤 이온, 즉 전자가 없는 원자인 Paul가 전기장을 통과하는 트랩에 축적합니다. 이 큐비트 유형에서 하나의 여기 되지 않은 이온은 0의 상태에 해당하고 또 다른 하나는 1의 상태에 여기 상태가 됩니다. 가장 낮은 에너지를 가진 원자는 여기 되지 않습니다. 여기 된 이온은 에너지가 입자에 추가되었고 가장 바깥쪽 전자가 더 높은 에너지 수준에 도달했다는 것을 의미하고 있습니다. Blatt와 그의 팀은 레이저를 사용하여 이온을 활성 또는 중첩 상태로 만들 수도 있었습니다. 그러나 양자 컴퓨터를 구현하려면 다른 전제 조건이 맞아야 합니다. 산술 문제를 해결하려면 소위 양자 게이트를 이용한 컴퓨팅 양자 레지스터라는 몇 가지 큐비트가 필요합니다. 정보는 레지스터의 모든 큐비트에 배포됩니다. 양자 역학 시스템에서 계산 프로세스는 동일한 원리로 작동합니다. 먼저 양자 레지스터의 초기 상태에 대한 결정이 필요합니다. Rainer Blatt와 연구진은 레이저 펄스로이를 이용하여 이온 체인에 발사합니다. 방사선의 길이를 사용하면 여기 또는 비 여기 상태에서 이온을 측정할 수 있는 확률을 결정할 수 있습니다. 이러한 확률은 개별 큐비트에 할당된 웨이브 함수에 의해 수학적으로 설명됩니다. 양자 컴퓨터가 이미 구현되었는지 여부는 양자 컴퓨터를 어떻게 정의하느냐에 달려 있습니다. 하드 드라이브, 프로세서, 마이크로 칩 및 하우징이 있는 소형 장치로 생각하면 양자 컴퓨터는 아직 존재하고 있지 않은 것입니다. Rainer Blatt와 같은 연구원들의 의견을 들어보면 분명히 언급하고 있습니다. "이곳에는 양자 컴퓨터가 있다"라고 하면서 연구진들은 대학 실험실에서 여러 장치와 케이블이 놓여있는 테이블을 언급했습니다. 또한, 양자 시스템을 조작하고 냉각시키는 레이저 구조물과 연구원들이 이를 사용하기 위해 사용하는 일반적인 형태의 컴퓨터가 있습니다. Blatt는 “이 컴퓨터는 프로토 타입이며 휴대용 모델을 켜는 것입니다. 또한 하노버 대학에서 양자 논리를 연구하는 Christian Ospelkaus의 견해를 바탕으로 제작되었습니다. 그는 양자 컴퓨터를 "트랩의 이온과 같이 매우 잘 제어되고 상호 작용하는 양자 시스템"으로 봅니다. 다소 넓은 정의에 따르면 양자 컴퓨터는 이미 존재합니다. 그러나 계산을 수행하고 문제를 해결하기 위한 옵션은 여전히 매우 제한적이어서 지속적인 연구가 필요한 상황입니다. Blatt는 퀀텀 컴퓨터를 메인 프레임과 같이 원격으로 사용할 수 있도록 5-10 년 안에 컴퓨팅 성능이 향상 될 것이라는 비전을 가지고 있습니다. 물리학자들은 다음과 같이 인정을 합니다. "가정용 양자 컴퓨터는 여전히 미래의 꿈입니다. 연구 목표는 현재 시스템을 확장하고 작업 당 계산 오류를 줄이는 것을 목표로 합니다. 연구원들은 더 많은 큐비트를 병렬로 제어하기 위해 노력하고 있습니다. 이를 위해 전 세계적으로 다양한 큐비트 기술 구현을 개발하고 얼마나 잘 조작이 가능하고 환경과 격리할 수 있는지에 대한 테스트를 진행하고 있습니다. 반면에 과학자들은 또 다른 주요 오류에 대해 우려하고 있습니다. 양자 컴퓨터에서는 오류가 큐빗수에 따라 기하급수적으로 증가합니다. 일반적인 오류 수정으로는 수정을 할 수 없기 때문에 문제가 됩니다. 고전적인 방법은 복사본을 계산하기 위해 비트를 여러 번 복사하는 것입니다. 복사 과정에서 전달하는 내용과 결과가 다를 경우 시스템에 오류가 있음을 나타냅니다. 이렇한 작용은 양자 세계에서는 나타나지 않습니다. 여기서 복사를 포함한 모든 오류는 큐빗의 중첩 상태를 파괴하기 때문입니다. 다양한 사회 분야에서 양자 컴퓨터의 가능성에 관심이 있습니다. 예를 들어, 연구원들은 새로운 컴퓨터를 사용하여 고체의 전자 또는 자기장의 중첩과 같은 복잡한 다중 입자 시스템을 시뮬레이션하려고 합니다. 구글과 같은 인터넷 회사는 데이터베이스를 보다 효율적으로 검색할 수 있는 방법을 원합니다. 그리고 시크릿 서비스는 높은 숫자를 소수로 나누고 안전한 암호화 방법을 해독하는 것을 추측합니다. 토마스 몬츠는 “고전적 컴퓨터와 양자 기계를 사용하는 것은 사용자의 책임입니다. 그러나 기술적으로 기존의 컴퓨터의 광범위한 문제를 양자 컴퓨터로효과적으로 해결하기 위해서는 아직 많은 과제가 남아 있습니다. 전 세계 과학자들 이 목표를 향해 노력하고 있지만, 실험실 이외의 양자 컴퓨터는 향후 수십 년 동안 사용할 수 없을지도 모릅니다. 그러나 70년에서 80년 전에는 지금의 컴퓨터 상황도 비슷했습니다. 하지만, 양자 컴퓨터는 미래에도 범용 컴퓨터로 자리 잡지는 못 할것입니다. 특별한 문제가 있는 경우에만 양자 역학적 효과를 사용하는 것이 합리적이고 더 빠른 설루션으로 이어질 수 있습니다.