양자 컴퓨팅이란 무엇입니까? 컴퓨팅 진화의 다음 시대에 대한 설명

“양자 컴퓨터”라는 용어를 처음 접하게 되면, 심각한 최신 뉴스 항목이 아니라 광범위한 공상 과학 개념으로 받아들일 수도 있습니다.

하지만 이 문구가 점점 더 자주 등장하면서 양자 컴퓨터가 정확히 무엇인지 궁금해하는 것도 이해할 수 있고, 어디로 뛰어들어야 할지 막막해지는 것도 이해할 수 있습니다. 양자 컴퓨터가 무엇인지, 왜 그토록 많은 관심을 받고 있는지, 그리고 양자 컴퓨터가 여러분에게 어떤 의미를 가질 수 있는지에 대한 요약은 다음과 같습니다.

양자 컴퓨팅이란 무엇이고 어떻게 작동하나요?

모든 컴퓨팅은 일부 물리적 매체에서 "켜짐" 상태 또는 "꺼짐" 상태(일반적으로 1 또는 0이라고 함)로 인코딩된 정보의 가장 작은 단위인 비트에 의존합니다.

대부분의 경우 비트는 컴퓨터 마더보드의 회로를 통해 이동하는 전기 신호의 물리적 형태를 취합니다. 여러 비트를 함께 연결하면 텍스트, 음악 등과 같이 더 복잡하고 유용한 것을 표현할 수 있습니다.

양자 비트와 "클래식" 비트(현재 우리가 사용하는 컴퓨터) 사이의 두 가지 주요 차이점은 비트가 취하는 물리적 형태와 이에 따라 인코딩된 데이터의 특성입니다. 클래식 컴퓨터의 전기 비트는 한 번에 하나의 상태(1 또는 0)로만 존재할 수 있습니다.

양자 비트(또는 "큐비트") 아원자 입자로 이루어져 있다, 즉 개별 광자 또는 전자입니다. 이러한 아원자 입자는 고전 역학보다 양자 역학의 규칙을 더 잘 따르기 때문에 양자 입자의 기이한 특성을 나타냅니다. 컴퓨터 과학자에게 이러한 속성 중 가장 두드러지는 것은 중첩입니다. 이는 적어도 해당 상태가 측정되어 단일 상태로 붕괴될 때까지 입자가 동시에 여러 상태로 존재할 수 있다는 아이디어입니다. 이 중첩 속성을 활용하여 컴퓨터 과학자들은 다음을 수행할 수 있습니다.

양자 컴퓨터를 작동하게 만드는 또 다른 양자 역학적 기이함은 두 개의 양자 입자 또는 이 경우 두 개의 큐비트를 연결하는 얽힘입니다. 두 입자가 얽히면 한 입자의 상태 변화로 인해 파트너의 상태가 변경됩니다. 문제에 대한 답을 계산하기 위해 양자 컴퓨터를 얻을 때 유용합니다. 당신은 그것을 먹이.

양자 컴퓨터의 큐비트는 컴퓨터가 처음에 문제를 해결하기 시작할 때 1-0 하이브리드 상태에서 시작됩니다. 솔루션이 발견되면 중첩의 큐비트는 솔루션 반환을 위해 안정적인 1과 0의 올바른 방향으로 축소됩니다.

양자 컴퓨팅의 이점은 무엇입니까?

가장 엘리트 연구팀을 제외한 모든 사람의 손이 닿지 않는 곳에 있다는 사실을 제외하고(그리고 한동안 그런 상태로 유지될 가능성이 높다), 우리 대부분은 양자 컴퓨터를 많이 사용하지 않습니다. 우리가 대부분의 시간을 수행하는 종류의 작업에서는 클래식 컴퓨터에 비해 실질적인 이점을 제공하지 않습니다.

그러나 가장 강력한 기존 슈퍼컴퓨터라도 고유한 계산 복잡성으로 인해 특정 문제를 해결하는 데 어려움을 겪습니다. 일부 계산은 답을 찾을 때까지 추측하는 무차별 대입을 통해서만 달성할 수 있기 때문입니다. 결국에는 전 세계의 모든 슈퍼컴퓨터를 합쳐서 올바른 솔루션을 찾는 데 수천 년이 걸릴 정도로 가능한 솔루션이 너무 많아졌습니다.

큐비트가 나타내는 중첩 특성을 통해 슈퍼컴퓨터는 이러한 추측 시간을 급격히 줄일 수 있습니다. 고전적인 컴퓨팅의 힘든 시행착오 계산은 한 번에 하나의 추측만 할 수 있습니다. 양자 컴퓨터 큐비트의 이중 1과 0 상태를 통해 동시에 여러 추측을 할 수 있습니다. 시간.

그렇다면 시간이 많이 걸리는 추측 계산이 필요한 문제에는 어떤 종류가 있을까요? 한 가지 예는 특히 원자 구조가 다른 원자의 구조와 화학적으로 상호 작용할 때 원자 구조를 시뮬레이션하는 것입니다. 원자 모델링을 지원하는 양자 컴퓨터를 통해 재료 과학 연구자들은 엔지니어링 및 제조에 사용할 새로운 화합물을 만들 수 있습니다. 양자 컴퓨터는 경제적 시장 힘, 천체 물리학 역학 또는 유기체의 유전적 돌연변이 패턴과 같이 유사하게 복잡한 시스템을 시뮬레이션하는 데 매우 적합합니다.

그러나 이 새로운 기술이 일반적으로 해롭지 않게 적용되는 가운데 심각한 우려를 불러일으키는 양자 컴퓨터의 일부 용도도 있습니다. 지금까지 가장 자주 언급되는 피해는 양자 컴퓨터의 잠재력입니다. 현재 사용되는 가장 강력한 암호화 알고리즘 중 일부를 깨뜨림.

공격적인 외국 정부의 적의 손에 양자 컴퓨터가 광범위한 범위를 손상시킬 수 있습니다. 그렇지 않으면 안전한 인터넷 트래픽으로 인해 민감한 통신이 널리 퍼질 수 있습니다. 감시. 현재는 여전히 어려운 계산을 기반으로 암호화 암호를 완성하기 위한 작업이 진행 중입니다. 양자 컴퓨터도 할 수 있지만 아직은 전성기를 맞이할 준비가 되어 있지 않거나 현재 널리 채택되지는 않습니다.

양자컴퓨팅도 가능한가요?

10여 년 전만 해도 양자 컴퓨터의 실제 제작은 거의 초기 단계에 불과했습니다. 하지만 2010년대부터 작동하는 프로토타입 양자 컴퓨터의 개발이 시작되었습니다. 몇 년 전부터 많은 회사에서 작동하는 양자 컴퓨터를 조립했으며, IBM은 연구원과 취미생활자에게 이를 허용하기까지 했습니다. 클라우드를 통해 자체 프로그램을 실행합니다..

IBM과 같은 회사가 의심할 여지 없이 작동하는 프로토타입을 구축하기 위해 이룩한 진전에도 불구하고 양자 컴퓨터는 아직 초기 단계에 있습니다. 현재 연구팀이 구축한 양자컴퓨터는 오류수정을 실행하기 위해 많은 오버헤드가 필요하다. 실제로 계산을 수행하는 모든 큐비트에는 실수를 보상하는 역할을 하는 수십 개의 큐비트가 있습니다. 이러한 모든 큐비트의 집합체는 소위 "논리적 큐비트"를 만듭니다.

간단히 말해서 업계 및 학계의 거물들은 양자 컴퓨터를 작동하게 했지만 매우 비효율적입니다.

양자 컴퓨터를 가진 사람은 누구입니까?

크고 작은 플레이어들 사이에서 양자 컴퓨터 연구원들 사이의 치열한 경쟁은 여전히 ​​치열합니다. 양자 컴퓨터를 사용하는 사람들 중에는 전통적으로 지배적인 기술 회사인 IBM, Intel, Microsoft 및 Google이 있습니다.

양자 컴퓨터를 만드는 것만큼 까다롭고 비용이 많이 드는 벤처인 만큼, 이러한 도전에 맞서고 있는 소규모 회사와 심지어 스타트업도 놀라울 정도로 많습니다.

상대적으로 마른편 D-Wave Systems는 해당 분야에서 많은 발전을 이루었습니다. Google의 중대한 발표에 다음과 같은 소식으로 응답하여 논쟁에서 벗어나지 않았음을 증명했습니다. Los Alamos National Labs와 대규모 계약 체결. 그럼에도 불구하고 Rigetti Computing과 같은 소규모 경쟁자들도 경쟁에 뛰어들고 있습니다. 양자 컴퓨팅 혁신자로 자리매김.

누구에게 질문하느냐에 따라 "가장 강력한" 양자 컴퓨터의 선두 주자가 나올 것입니다. Google은 최근에 확실히 이를 입증했습니다. 양자우위 달성, Google 자체가 어느 정도 고안한 측정항목입니다. 양자 우월성은 양자 컴퓨터가 처음으로 일부 계산에서 기존 컴퓨터를 능가할 수 있는 지점입니다. Google의 Sycamore 프로토타입 54큐비트를 장착하면 바로 아래에서 문제를 해결하여 그 장벽을 허물 수 있었습니다. 가장 강력한 클래식 슈퍼컴퓨터가 휘젓는 데 10,000년이 걸리는 3분 30초 을 통해.

이에 뒤처지지 않기 위해 D-Wave는 곧 Los Alamos에 공급할 장치의 무게가 각각 5000큐비트에 달한다고 자랑합니다. D-Wave 큐비트의 품질은 이전에도 의문의 여지가 있었습니다.. IBM은 지난 몇 년 동안 Google 및 D-Wave만큼 큰 인기를 얻지는 못했지만 특히 그들의 행적을 고려하면 아직 계산에 포함되어서는 안 됩니다. 느리고 꾸준한 성취의 기록.

간단히 말해서, 세계에서 가장 강력한 양자 컴퓨터를 향한 경쟁은 그 어느 때보다 활짝 열려 있습니다.

양자컴퓨팅이 기존 컴퓨팅을 대체할 것인가?

이에 대한 짧은 대답은 적어도 가까운 미래에 대해서는 “그렇지 않다”입니다. 양자 컴퓨터가 작동하려면 엄청난 양의 장비와 정밀하게 조정된 환경이 필요합니다. 선도적인 아키텍처는 절대 영도보다 높은 수준의 냉각이 필요합니다. 즉, 일반 소비자가 소유하기에는 거의 실용적이지 않습니다.

그러나 클라우드 컴퓨팅의 폭발적인 증가가 입증되었듯이 클라우드 컴퓨팅 기능을 활용하기 위해 특수 컴퓨터를 소유할 필요는 없습니다. 위에서 언급했듯이 IBM은 이미 대담한 기술 애호가들에게 IBM의 작은 하위 집합에서 프로그램을 실행할 수 있는 기회를 제공하고 있습니다. Q System One의 큐비트. 시간이 지나면 IBM과 경쟁업체는 다른 방법으로는 이해하기 어려운 문제에 컴퓨팅 시간을 적용하려는 사람들을 위해 보다 강력한 양자 컴퓨터의 컴퓨팅 시간을 판매할 가능성이 높습니다.

그러나 양자 컴퓨터가 해결하려는 매우 까다로운 문제를 연구하지 않는다면 아마도 그 문제와 많이 상호 작용하지 않을 것입니다. 실제로 양자 컴퓨터는 어떤 경우에는 우리가 매일 컴퓨터를 사용하는 작업 종류에 비해 더 나쁩니다. 순전히 양자 컴퓨터가 매우 전문화되어 있기 때문입니다. 양자 컴퓨팅이 번창하는 종류의 모델링을 실행하는 학자가 아니라면, 결코 손에 넣을 수도 없고 그럴 필요도 없을 것입니다.

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