양자 컴퓨터의 효율적인 숫자 분해
모든 자연수는 소수의 곱으로 나타낼 수 있습니다. 이 소인수분해는 소수의 경우 단순하지만 숫자의 경우 매우 복잡합니다. 오늘날 일반적인 암호화 방법은 이 소인수 분해를 기반으로 합니다. 1994년에 쇼어 알고리즘이 개발되었으며, 쇼어 알고리즘은 양자 컴퓨터를 사용하여 주요 요인을 훨씬 더 빨리 찾습니다. 오스트리아와 미국의 물리학자들은 과학 저널 "사이언스"에 보고 된 바와 같이 이 양자 알고리즘을 효율적으로 구현하여 더 많은 수에도 사용할 수 있습니다. 양자 컴퓨터가 많은 수를 저장하고 소인수를 계산하기 위해서는 상응하는 많은 양의 양자 비트가 필요합니다. 오늘날에도 실험실에 양자 컴퓨터에 필요한 많은 양자 비트 때문에 여전히 연구에 어려움을 격고 있습니다. 양자 비트양은 매우 적습니다. 물리학자 알렉세이 키타에프는 인브루크 대학교의 토마스 몬츠가 이끄는 연구팀에게 양자 비트 수를 줄일 것을 제안하였습니다. 토마스 몬츠는 15를 주요 요소로 세분화하려면 12개의 양자비트가 아닌, 5 개의 양자 비트만 있으면 된다"라고 설명했습니다. 한 편으로, 이것은 계산의 일부로 양자 비트를 재활용할 수 있기 때문에 가능합니다. 둘째, 결과를 캐시 비트로 계속 버퍼링 한 다음 더 계산하기 때문에 물리학 자들은 5개의 양자 비트를 가진 이온 트랩 양자 컴퓨터에서 숫자 15를 고려하였던 것입니다. 퀀텀 컴퓨터는 무작위로 선택된 숫자로 주요 요소를 검색하기 시작합니다. 이 부분에서 작업은 결과에 대한 예측을 포함하지 않기 때문에 예전의 작업과 크게 다릅니다. 그리고 4 개의 퀀텀 비트에서 일련의 게이트 연산을 수행합니다. 필요한 양자 비트의 수를 제한하기 위해 결과는 5 번째 양자 비트에서 반복적으로 버퍼링 되고 결과는 더 계산됩니다. 몬츠는 이를 위해 계산 단계 사이에서 이온을 반복해서 냉각시킬 수 있는 새로운 냉각 방법을 구현해야 했습니다. 컴퓨터의 구동은 소수 숫자의 길이에 따라 기하 급수적으로 증가하기 때문에 소수가 세분화되면 클래식 컴퓨터가 한계에 빨리 도달합니다. "클래식 컴퓨터는 가능한 모든 숫자 조합을 차례로 시도해야 하기 때문에 인수 분해를 하기가 매우 어렵습니다. 양자 컴퓨터에서는 거의 동시에 일어나고 있습니다"라고 몬츠는 설명했습니다. 지난 15년 동안 쇼어 알고리즘은 다른 기술을 사용하여 실험실에서 여러 번 입증되었지만 처음부터 결과를 전제로 하지 않고 적은 수로만 가정했습니다. 실리콘 양자 프로세서 컨텀 컴퓨터는 가장 강력한 슈퍼 컴퓨터보다 훨씬 빠른 재료로 구성된 특성 시뮬레이션과 같은 복잡한 문제를 해결할 수 있습니다. 주어진 목표를 달성하기 위해 물리학자들은 일반적인 컴퓨터의 비트와 유사한 큐비트를 사용합니다. 이러한 큐비트는 포획된 이온 또는 초전도 나노 결정을 사용하여 생성됩니다. 연구원들이 네츄어 저널에 보도한 것처럼, 간단한 알고리즘을 수행할 수 있는 실리콘과 게르마늄으로 만들어진 작은 나노 구조를 가진 두 큐빗 시스템을 만들었습니다. 이온으로 만들어진 큐비트와 달리 실리콘 기반 큐비 트는 원칙적으로 자기장과 전압을 통해 제어 및 판독하기가 더 쉽습니다. 먼저, 델프트 공과대학의 Lieven Vandersotypes는 양자점(하나는 실리콘, 하나는 실리콘과 게르마늄)을 특수 설계된 마이크로 칩에 적용했습니다. 이러한 양자점은 전형적으로 10만 내지 10만 개 이상의 반도체 원자로 구성되며, 이는 다른 반도체에 내장됩니다. 실제 큐비 \트는 양자점에서 전자의 스핀을 형성합니다. 간단히 말해 전자 바늘을 나침반 바늘과 같이 상상할 수 있는데 그 방향은 연구자들이 마이크로파 방사선을 사용하여 제어할 수 있습니다. 기존의 비트와 달리 큐비트는 "0" 또는 "1"이라는 값을 가질 뿐만 아니라 동시에 각각 특정 확률을 갖는 것으로 가정합니다. 이러한 중첩된 양자 상태는 모든 양자 컴퓨터의 기초를 형성합니다. 이 양자 역학적 특성으로 인해 복잡한 컴퓨터 작업은 기존 컴퓨터 칩에서와 같이 연속적인 프로세스가 아니라 병렬 컴퓨팅 단계로 해결할 수 있습니다. Vandersotypes와 그의 동료들은 짝수 수학 함수와 홀수 수학 함수를 구별하는 두 개의 간단한 알고리즘으로 2 큐빗 시스템의 적합성을 입증했습니다. 이를 위해 칩에 제어 가능한 전압 펄스를 보조하기 위한 코발트 마이크로 마그네틱과 전극을 추가하여 초보 프로그래밍을 수행하고 심지어 양자 상태를 읽을 수 있게 했습니다. VandersYPen은 이러한 접근 방식으로 기존 컴퓨터 칩 기술을 사용하여 프로그램 가능한 큐비트 시스템을 구축할 수 있습니다. 두 개의 양자가 기계적으로 결합된 큐비트만으로 시스템은 기존 컴퓨터의 성능과 동일하지 않습니다. 또한 20 큐비트가 넘는 시스템은 이미 존재합니다. 그러나 연구원들은 가까운 미래에 더 많은 양자점으로 마이크로 칩에서 훨씬 더 많은 큐비트가 구현될 수 있다고 확신합니다. 최초의 사용 가능한 양자 컴퓨터 경쟁에서 양자점에 기초한 시스템은 목표된 방식으로 비교적 적은 노력으로 이미 제조, 프로그래밍 및 판독될 수 있다는 이점을 갖습니다. 큐비트에서 양자 상태의 중첩 때문에 30 큐비트로 구성된 양자 프로세서는 랩탑의 성능을 갖는 것으로 알려져 있으며, 40 큐비트로 구성된 프로세서는 대형 슈퍼 컴퓨터와 맞먹을 정도의 성능을 보유합니다. 그러나 양자 컴퓨터는 기존 컴퓨터를 대체하지 않습니다. 양자 컴퓨터의 응용 분야는 복잡한 암호화 해독과 화학반응 그리고, 새로운 재료의 시뮬레이션에서 인공적인 학습 지능 개발에 이르기까지 다양합니다.
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