양자 – 양자 컴퓨터

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중첩, 얽힘, 양자 병렬성, 큐비트, 복제 불가능 원리, 순간이동

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일반 컴퓨팅: 2비트 단위 계산, 양자 컴퓨팅: 큐비트(8비트) 단위 계산
양자 중첩의 지수 정보 표현과 양자 얽힘을 이용한 병렬 연산 등 양자 역학 물리학을 이용하여 계산을 수행하는 기계
큐빗(퀀텀 비트)
일반 컴퓨터에서 데이터 처리를 위해 0과 1이라는 두 개의 숫자(비트)를 활용하는 대신 0이나 1의 중첩을 표현할 수 있는 양자 병렬성을 가진 비트
양자 병렬성
두 개의 입력을 동시에 처리하고 각 입력에 대해 중첩된 출력을 얻습니다.
IBM은 2017년 17큐비트(Qubit, Quantum Bit) 프로세서 프로토타입을 공개했고, 이번에는 4세대 20큐비트 프로세서를 활용한 Q 시스템 원을 개발해 출시했다.
1. ‘동시’ 고속연산처리, 양자컴퓨터의 정의
– 양자(Quantum): 물질의 미립자와 파동적 성질을 기술하는 물리량의 최소 단위인 양자(quantum)의 역할에서 파생
– 양자 컴퓨터: 양자역학에서 예측하는 가장 특이한 성질인 상태 중첩과 얽힘을 이용하여 계산을 효율적으로 수행하는 기계 장치


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▲ 양자 계산 과정을 검증하기 위한 양자 회로도


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▲ 양자컴퓨터계층구조(ETRI)

2. 양자컴퓨터의 특징

가다.
양자 컴퓨터의 특성
겹치다
– 서로 다른 상태가 동시에 존재
– 0과 1의 중첩 상태를 표현
얽힘
– 연결된 양자 상태에 대한 양자 알고리즘을 사용하여 단일 작업 명령으로 모든 양자 상태 변경
– Qubit 간의 상호 작용
양자 병렬성
– 양자 얽힘을 이용한 고유 정보 처리 능력
– 정보 처리
큐비트
– Quantum과 Bit의 합성어
– 하나의 큐비트처럼 0과 1의 두 가지 상태를 사용하여 정보를 저장/처리
– 큐비트를 사용하여 큐비트의 수가 증가할수록 계산 공간이 기하급수적으로 증가하는 양자 병렬성
나. 양자컴퓨터 원리/기술적 특성
초전도 나노소자
– 양자로 표현되는 비트
– Qubit을 이용한 정보 저장 및 처리
핵 스핀(중첩)
– 관찰 전에는 전자가 좌우로 동시에 회전하며, 관찰 후에는 스핀 방향을 결정한다.
양자 비트
데이터의 병렬 연산 속도를 획기적으로 향상시킬 수 있습니다.
– 모든 케이스의 데이터를 한번에 입력 및 처리
얽힘
– 다중 양자 비트로 작동
– 상호작용하는 두 양자상태가 아무리 멀리 떨어져 있어도 그 중 하나의 양자상태의 영향으로 결정되는 현상
복제 불가능한 원리
– 임의의 양자 정보를 완벽하게 재현 불가능
– 양자암호통신의 핵심요소로 정보전달 과정에서 도청위협을 원칙적으로 방지할 수 있음
연산
– Shor의 알고리즘: RSA 지원 중단됨
– QFT(Quantum Fourier Transform)를 이용하여 함수의 주기를 구하는 알고리즘을 설계하여 단시간에 소인수 분해가 가능
– 그로버 알고리즘 : DB에서 특정 조건을 만족하는 아이템 찾기
– 소인수분해 없이 1부터 대입하면 몇 분이면 해독 가능
순간 이동
– 양자 얽힘을 전송 채널로 하여 양자 정보를 한 곳에서 사라지고 다른 곳에서 나타나게 하는 전송 방식


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