절대 온도 가까운 상태의 입자는 파동성이 극대화 되면서 그 존재 확률 분포로 표현 될수 있는데 이 특성을 조작해 계산에 이용 할수 있다는 가설에 기초한 컴퓨팅 입니다. 수학적으로 말하자면 ‘양자컴퓨팅은 솔루션을 찾는 확률에 관여 하는 것 입니다’.
The hypothesis that particles in a state near absolute temperature can be represented by a probability distribution of their existence with maximized waviness forms the basis of this computing approach. Furthermore, it is proposed that this property can be manipulated and used for computation. From a mathematical perspective, this can be expressed as a probabilistic process of finding a solution.
1. 기존 컴퓨팅과의 차이점:
양자 컴퓨팅은 양자 역학의 원리를 활용하여 계산을 수행하는 완전 새로운 컴퓨팅 패러다임입니다. 기존 컴퓨터는 비트(bit)라는 정보 단위를 사용하여 0 또는 1의 값으로 컴퓨팅에 사용 하지만, 양자 컴퓨터는 큐비트(qubit)라는 양자 정보 단위를 사용하여 0, 1 또는 두 상태의 중첩(superposition)이라는 현상을 이용해 계산 할수 있습니다. 이러한 중첩과 얽힘(entanglement)이라는 양자 역학적 특성을 활용하여 양자 컴퓨터는 특정 유형의 솔루션을 기존 컴퓨터보다 훨씬 빠르게 해결할 수 있습니다.
2. 양자컴퓨팅을 위한 양자역학의 4가지 핵심 개념:
- 관측 / 측정: 양자화 상태의 입자는 비결정론적인 확률 분포로 존재 합니다. 그리고 그 확률은 슈뢰딩거 파동방정식으로 서술 되는 임의의 공간에서 potential + kinetic 에너지로 표현 될수 있습니다.
- 큐비트: 큐비트는 양자 정보의 기본 단위입니다. 큐비트는 입자의 에너지 상태, 전자의 스핀, 광자의 편광등 다양한 물리적 시스템을 사용하여 구현될 수 있습니다.
- 중첩: 큐비트는 0과 1의 상태를 동시에 가질 수 있는 확률적으로 중첩 상태에 있을 수 있습니다. 이는 양자 컴퓨팅에서 비결정론적으로 우리가 확률 공간에 관여 할수 있도록 합니다.
- 얽힘: 양자화 상태에 놓인 두 개 이상의 큐비트는 서로 얽힌 상태에 있을 수 있습니다. 예를 들어 공유결합에 참여한 동일 obital의 두입자는 Pauli 배타법칙에 의해 확률 공유를 합니다. 이는 한 큐비트의 상태가 결정되면 다른 큐비트의 상태도 결정 된다는 것을 의미합니다. 더우기 이 얽힘 현상은 국소성(locality)을 위배 합니다.
3. 양자 컴퓨팅의 잠재적 응용 분야:
실체적인 양자컴퓨팅 응용 분야는 Simulation 과 Optimization 영역에 집중 되어 있습니다. 이 두 영역에서의 기본적인 계산 원리는 우리가 탐색 하고자 하는 Solution Space 에서의 Searching 이라는 궁극의 기능으로 수렴 될수 있습니다.
- 신약 개발: 양자 컴퓨팅을 사용하여 새로운 분자를 설계하고 시뮬레이션하여 신약 개발 과정을 획기적으로 단축할 수 있습니다.
- 신소재 개발: 양자 컴퓨팅을 사용하여 새로운 소재의 특성을 예측하고 설계하여 더욱 강하고 가벼운 소재를 개발할 수 있습니다.
- 재무 분석: 양자 컴퓨팅을 사용하여 금융 시장의 방대한 데이터를 분석하여 더욱 정확한 투자 예측을 가능하게 합니다.
- 기후 변화 예측: 양자 컴퓨팅을 사용하여 수많은 변수를 처리하여 기후 변화 모델을 더욱 정확하게 만들고 미래 기후 변화를 예측할 수 있습니다.
- 인공 지능: 양자 컴퓨팅에서 만들어지는 Hilbert 공간과 Deep Learning 학습 공간의 맵핑을 통해 인공 지능 알고리즘을 더욱 빠르고 효율적으로 만들 수 있습니다.
4. 양자 컴퓨팅의 현재 상태:
양자 컴퓨팅은 아직 초기 단계이지만, 빠르게 발전하고 있습니다. 현재 Google, IBM, Microsoft, D-Wave, IonQ, Pasqal 등의 주요 기술 회사들이 양자 컴퓨팅 연구에 투자하고 있으며, 초기 단계의 양자 컴퓨터 프로토타입이 개발되고 있습니다. 더우기 선진국들 뿐만 아니라 모든 국가들이 New Technology 의 헤게모니를 위해 국가적인 투자를 하고 있으며 Post Silicon 시대의 Game Changer 로 인식 하고 있습니다.
5. 양자 컴퓨팅의 미래:
양자 컴퓨팅은 과학, 기술, 사회 전반에 걸쳐 전 지구적인 혁신을 가져올 잠재력을 가지고 있습니다. 모든 과학자들과 국가들은 환경, 국방, 금융, 교통 등과 같은 난제를 갖고 있는 분야에서 그 두각을 발휘 할것으로 확신하고 있으며 양자 컴퓨팅은 새로운 과학적 발견, 혁신적인 기술 개발, 사회 문제 해결에 기여할 것으로 기대됩니다.
