양자 컴퓨터란 무엇입니까?

양자 컴퓨터는 계산의 다양성과 정확성을 획기적으로 향상시켜 컴퓨터에 대한 새로운 응용 프로그램을 열고 물리적 현상 모델을 향상시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 그러나 양자 컴퓨터에 대한 언론 보도가 늘어나고 있지만 많은 사람들은 여전히 ​​양자 컴퓨터가 일반 컴퓨터와 어떻게 다른지 확신하지 못합니다. 양자 컴퓨터의 작동 방식과 일부 응용 분야, 그리고 향후 미래에 대해 살펴보겠습니다.

양자 컴퓨터는 무엇입니까?

양자 컴퓨터가 어떻게 작동하는지 의미 있게 검토하기 전에 운영, 먼저 정의해야 합니다. 양자 컴퓨터. 양자 컴퓨터의 짧은 정의는 다음과 같습니다. 양자 역학을 기반으로 하는 컴퓨터는 기존 컴퓨터보다 훨씬 더 효율적으로 특정 복잡한 계산을 수행할 수 있습니다. 이것은 양자 컴퓨터에 대한 빠른 정의이지만 양자 컴퓨터와 기존 컴퓨터를 구분하는 요소를 진정으로 이해하는 데 시간이 좀 걸리기를 원할 것입니다.

일반 컴퓨터는 데이터의 각 비트를 XNUMX 또는 XNUMX으로 나타내는 이진법으로 정보를 인코딩합니다. 일련의 XNUMX과 XNUMX이 함께 연결되어 텍스트, 이미지 및 오디오와 같은 복잡한 정보 덩어리를 나타냅니다. 그러나 이러한 이진 시스템에서 정보는 XNUMX과 XNUMX으로만 저장될 수 있습니다. 즉, 데이터를 표현하고 해석하는 방법에는 엄격한 제한이 있으며 데이터가 더 복잡해짐에 따라 필연적으로 XNUMX과 XNUMX의 문자열이 점점 더 길어져야 합니다. 제로.

양자 컴퓨터가 데이터를 보다 효율적으로 저장하고 해석할 수 있는 이유는 데이터를 표현하기 위해 비트를 사용하지 않고 "큐 비트". 큐비트는 광자 및 전자와 같은 아원자 입자입니다. 큐비트에는 새로운 계산 방법에 유용한 몇 가지 흥미로운 속성이 있습니다. 큐비트에는 컴퓨터 엔지니어가 활용할 수 있는 두 가지 속성이 있습니다. 중첩과 얽힘.

양자 중첩을 통해 큐비트는 "XNUMX" 상태 또는 "XNUMX" 상태뿐만 아니라 이러한 상태 사이의 연속체를 따라 존재할 수 있으므로 큐비트를 사용하여 더 많은 정보를 보유할 수 있습니다. 한편, 양자 얽힘은 큐비트 쌍이 생성될 수 있고, 하나의 큐비트가 변경되면 다른 큐비트도 예측 가능한 방식으로 변경되는 현상을 말한다. 이러한 양자 속성을 사용하여 복잡한 데이터를 보다 효율적인 방식으로 표현하고 구조화할 수 있습니다.

양자 컴퓨터의 작동 방식

양자 "중첩"은 한 번에 둘 이상의 위치에 있을 수 있다는 사실에서 이름을 얻었습니다. 비트는 단 두 위치에 있을 수 있지만 큐비트는 한 번에 여러 상태로 존재할 수 있습니다.

부분적으로는 양자 중첩의 존재 덕분에 양자 컴퓨터는 다양한 잠재적 결과를 동시에 계산할 수 있습니다. 계산이 완료되면 큐비트가 측정되고 양자 상태가 0 또는 1로 붕괴되어 최종 결과가 생성됩니다. 즉, 기존 컴퓨터에서 결과를 해석할 수 있습니다.

양자 컴퓨팅 연구원과 엔지니어는 마이크로파 또는 정밀 레이저를 사용하여 큐비트의 위치를 ​​변경할 수 있습니다.

컴퓨터 엔지니어는 양자 얽힘을 활용하여 컴퓨터의 처리 능력을 획기적으로 향상시킬 수 있습니다. 양자 얽힘은 큐비트 중 하나를 변경하면 다른 큐비트도 신뢰할 수 있는 방식으로 변경되는 방식으로 두 큐비트가 함께 연결될 수 있다는 사실을 나타냅니다. 큐비트가 왜 그러한 관계를 설정할 수 있는지 또는 이 현상이 정확히 어떻게 작동하는지 완전히 이해되지는 않았지만 과학자들은 양자 컴퓨터에 이를 잠재적으로 활용할 수 있을 만큼 충분히 이해하고 있습니다. 양자 얽힘으로 인해 양자 기계에 추가 큐비트를 추가하면 컴퓨터의 처리 능력이 두 배로 증가할 뿐만 아니라 처리 능력을 기하급수적으로 확장할 수 있습니다.

이 모든 것이 너무 추상적으로 보인다면 미로를 상상하여 중첩이 얼마나 유용한지 설명할 수 있습니다. 일반 컴퓨터가 미로 해결을 시도하려면 성공적인 경로를 찾을 때까지 미로의 각 경로를 시도해야 합니다. 그러나 양자 컴퓨터는 주어진 상태에 얽매이지 않기 때문에 기본적으로 모든 다른 경로를 한 번에 탐색할 수 있습니다.

이 모든 것은 얽힘과 중첩의 속성이 불확실성을 처리할 수 있고 더 많은 가능한 상태와 결과를 탐색할 수 있기 때문에 양자 컴퓨터를 유용하게 만든다는 것을 의미합니다. 양자 컴퓨터는 과학자와 엔지니어가 다양한 변수가 있는 다면적인 상황을 더 잘 모델링하고 이해하는 데 도움이 될 것입니다.

양자 컴퓨터는 무엇에 사용됩니까?

이제 우리는 양자 컴퓨터가 작동하는 방식에 대해 더 나은 직관을 갖게 되었으므로 가능성을 탐색해 보겠습니다. 양자 컴퓨터의 사용 사례.

우리는 이미 양자 컴퓨터를 사용하여 기존 계산을 훨씬 더 빠른 속도로 수행할 수 있다는 사실을 언급했습니다. 그러나 양자 컴퓨터 기술은 기존 컴퓨터로는 불가능하거나 매우 비실용적인 일을 달성하는 데 사용할 수 있습니다.

양자 컴퓨터의 가장 유망하고 흥미로운 응용 프로그램 중 하나는 인공 지능 분야입니다. 양자 컴퓨터는 신경망이 생성한 모델과 이를 지원하는 소프트웨어를 개선할 수 있는 능력이 있습니다. Google은 현재 양자 컴퓨터를 사용하여 자율주행차 개발을 지원합니다.

양자 컴퓨터는 또한 다음을 분석하는 역할을 합니다. 화학적 상호 작용 및 반응. 가장 진보된 일반 컴퓨터조차도 상대적으로 단순한 분자 사이의 반응만 모델링할 수 있으며, 문제의 분자 특성을 시뮬레이션하여 달성합니다. 그러나 양자 컴퓨터를 사용하면 연구원이 연구 중인 분자와 동일한 양자 특성을 갖는 모델을 만들 수 있습니다. 보다 빠르고 정확한 분자 모델링은 보다 효율적인 태양 전지판과 같은 에너지 기술 생성에 사용되는 새로운 치료 약물 및 신소재 생성에 도움이 될 것입니다.

양자 컴퓨터도 사용할 수 있습니다. 날씨를 더 잘 예측하기 위해. 날씨는 많은 이벤트의 합류점이며 날씨 패턴을 예측하는 데 사용되는 공식은 복잡하고 많은 변수를 포함합니다. 날씨를 예측하는 데 필요한 모든 계산을 수행하는 데 매우 오랜 시간이 걸릴 수 있으며, 그 동안 기상 조건 자체가 변할 수 있습니다. 다행히 날씨를 예측하는 데 사용되는 방정식에는 양자 컴퓨터가 활용할 수 있는 파동 특성이 있습니다. 양자 컴퓨터는 연구자들이 기후가 변화하는 세계에서 필요한 보다 정확한 기후 모델을 구축하는 데 도움을 줄 수 있습니다.

양자 컴퓨터와 알고리즘을 사용하여 사람들의 데이터 프라이버시를 보장할 수도 있습니다. 양자 암호 법 물체를 측정하려는 모든 시도는 결국 해당 물체를 변경하게 되는 양자 불확정성 원리를 사용합니다. 통신을 가로채려는 시도는 결과 통신에 영향을 미치고 변조의 증거를 보여줍니다.

양자 컴퓨팅의 미래

양자 컴퓨터의 용도는 대부분 학계와 기업에 국한될 것입니다. 소비자/일반 대중이 적어도 가까운 시일 내에 양자 스마트폰을 얻을 가능성은 낮습니다. 양자 컴퓨터를 작동하려면 특수 장비가 필요하기 때문이다. 양자 컴퓨터는 주변 환경의 가장 미세한 변화조차도 큐비트가 위치를 이동하고 중첩 상태에서 벗어날 수 있기 때문에 교란에 매우 민감합니다. 이를 결어긋남(decoherence)이라고 하며 일반 컴퓨터에 비해 양자 컴퓨터의 발전이 너무 느리게 나타나는 이유 중 하나입니다. 양자 컴퓨터는 일반적으로 다른 전기 장비와 격리된 극저온 조건에서 작동해야 합니다.

모든 예방 조치에도 불구하고 잡음은 여전히 ​​계산 오류를 일으키고 연구원들은 큐비트를 보다 안정적으로 만드는 방법을 찾고 있습니다. 양자 컴퓨터가 현재 슈퍼컴퓨터의 성능을 완전히 능가하는 양자 우위를 달성하려면 큐비트를 함께 연결해야 합니다. 진정한 양자 최고 컴퓨터에는 수천 큐비트가 필요할 수 있지만 오늘날 최고의 양자 컴퓨터는 일반적으로 약 50큐비트만 처리합니다. 연구원들은 보다 안정적이고 신뢰할 수 있는 큐비트를 만들기 위해 지속적으로 노력하고 있습니다. 양자 컴퓨터 분야의 전문가들은 강력하고 안정적인 양자 장치가 XNUMX년 안에 여기에 있을지도 모릅니다.