양자 컴퓨팅의 기본적 이해

사실상 양자 역학이라는 것은 정말 어려운  학문이다 이 글은 투자를 위한 개념을 이해하는 수준을 목표로 함을 알고 시작하자

어느 정도의 개념과 기술적 이해가 있어야 선별할 수 있는 눈이 생기기 때문이다

 

양자 컴퓨터란

더 이상 나눌 수 없는 에너지의 최소 단위인 양자(Quantum)의 중첩 현상과 얽힘 현상을 이용하여 동시에 연산을 수행하는 컴퓨팅 기술을 활용한 컴퓨터이다

양자에는 두 가지로 대표되는 현상이 있는데

첫 번째로는 양자의 중첩 현상은 하나의 양자에서 여러 가지 상태가 동시에 존재할 수 있는데 양자라는 것이 워낙 작은 규모라 관측되는 순간 결과에 영향을 주어 하나의 현상으로만 나타내어진다는 것이다
예를 들어 설명하자면 양자의 세계에서는 동전의 앞면과 뒷면이 동시에 존재할 수 있지만 이를 관측하는 순간 앞면과 뒷면의 상태중(50% 확률) 하나의 현상으로 귀결된다는 것이다

즉 양자는 관측되기 전 수많은 상태로 존재가 가능한 특성이 있다 즉 중첩되는 특성이 있다는 개념이다

 이러한 양자의 중첩 현상을 통하여 양자는 입자와 파동의 성질을 동시에 가지고(이중 슬릿 실험), 양자의 위치와 운동량은 동시에 측정할 수 없고 양자의 움직임은 확률적으로만 알 수 있다는 "불확정성의 원리"의 특성을 지니는 것을 알 수 있다

슈퍼 히어로 영화들을 보면 주인공들이 순간 이동을 하고 벽을 통과하는 장면이 위의 양자의 특성을 나타낸다 할 수 있다

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두 번째로는 양자의 얽힘 현상은 얽혀있는 두 양자가 관측되는 순간  하나의 양자의 상태가 결정되는 동시에 다른 하나의 양자의 상태도 결정된다는 현상이다

 

양자역학의 이론적 배경을 마련한 천재 물리학자 "리처드 파인드만"의 위의 양자의 중첩과 얽힘 현상을 컴퓨터에 적용하여 기존의 컴퓨터보다 훨씬 빠르고 많은 양의 데이터를 연산할 수 있도록 한것이 "양자 컴퓨팅"이다

 

컴퓨터의 기본 구성품인 반도체 칩은 수없이 많은 트랜지스터로 구성되어 있는데 전기가 흐를 때는 1로 흐르지 않을 때는 0으로 표기된다(특정 상황에서 전기를 흐르게도(도체) 안 흐르게도 할 수 있어 반도체라 불린다)

이러한 0, 1의 2진법의 조합으로 AND게이트, OR게이트, NOT게이트 등의 논리 연산을 발생시키고 이러한 논리 연산을 활용, 조합하여 복잡한 연산을 수행하는 것이 컴퓨터의 기본원리이다

컴퓨터의 최소 정보 단위는 비트(Classical Bits)로

1비트는 0,1(2개 정보 연산) / 2비트는 00, 01, 10, 11(4개) / 3비트는 2의 3승인 8개ᆢᆢ ᆢ/10비트는 2의 10승인 1024개

 

반면 양자 컴퓨터의 최소 정보 단위는 "큐비트"(Quantum Bits)라 하는데 

양자의 중첩 현상으로 1 큐비트는 한 번에 2개의 정보 처리를 할 수 있음을 나타내고 2 큐비트는 4개, 3 큐비트는 8개, 10 큐비트면 1024개를 한 번에 처리할 수 있음을 나타낸다 여기에 양자의 얽힘 현상까지 활용하면 모두 2배의 (1 큐비트=4개, 2 큐비트는 8개, 10 큐비트는 2048개를 한 번에 연산할 수 있다는 것이다 )

물론 현재의 컴퓨터중 최고의 사양인 슈퍼컴퓨터보다 양자컴퓨터가 아직까지는 기능적으로 우위를 가지진 못했다(양자 우위, Quantum advantage) 일반적으로 기존의 컴퓨팅 기술은 약 90년 동안 성장해온 성숙된 산업인 반면 양자컴퓨팅은 이제 막 드러나기 시작한 개화 직전의 산업이기 때문이다 그래서 한동안은 기존의 컴퓨터와 혼용하여 사용될 것으로 보인다 내연차-> 하이브리드 차-> 전기차처럼 말이다 이것을 "양자 고전 하이브리드"라 한다