백 투 더 퓨처: 25년 후 양자 컴퓨팅 재방문

25년 전인 1999년경에 저는 양자 컴퓨팅의 미래에 관한 기사를 썼는데, 그 기사는 아르헨티나의 어느 인쇄 신문 과학 섹션에 게재되었습니다.

여기 (스페인어)에서 원본 기사를 볼 수 있으며, 이 링크를 따라가면 자동 번역본을 볼 수 있습니다.

그 당시 제 기사는 상당히 추측적인 내용이었습니다.

양자 컴퓨팅은 오늘날 기술 논의에서 상당한 주목과 관련성을 얻었습니다.

요약: 저는 다양한 청중에게 양자 컴퓨팅을 5단계로 설명하겠습니다.

어린이

양자 컴퓨터는 마치 매우 똑똑한 마법상자와 같습니다.

일반 컴퓨터 처럼 일반적인 비트를 사용하는 대신 큐비 트라는 특별한 마법의 비트를 사용합니다.

이러한 큐비트는 일반 비트보다 더 많은 기능을 수행할 수 있습니다.

회전하는 팽이로 놀고 있다고 상상해보세요. 큐비트는 회전하는 팽이와 같아서 동시에 여러 가지 트릭을 할 수 있습니다.

이 마법의 컴퓨터는 언젠가는 10만 조각짜리 불가능한 퍼즐을 푸는 데 도움이 될지도 모릅니다.

비탄

여러 곳에서 동시에 사용할 수 있는 특별한 건축 블록으로 놀 수 있는 그림입니다.

양자 컴퓨터는 큐비트라는 유사한 것을 사용합니다.

동시에 앞면과 뒷면이 나올 수 있는 마법의 동전을 생각해보세요!

큐비트는 0, 1 또는 둘 다 될 수 있습니다. 마치 공중에서 회전하는 동전과 같습니다. 한꺼번에.

이를 통해 양자 컴퓨터는 여러 가능성을 동시에 탐색할 수 있습니다.

양자 컴퓨터는 개인 비밀번호와 같은 비밀 코드를 해독할 수 있기 때문에 강력합니다.

이는 일반 컴퓨터보다 훨씬 빠르게 정말 어려운 퍼즐을 풀 수 있는 초강력 계산기를 가지고 있는 것과 같습니다.

대학생

양자 컴퓨터는 양자 역학 의 원리를 사용하여 작동합니다.

고전적인 비트 대신, 양자 중첩 상태로 존재하는 큐비트를 사용합니다.

각 큐비트는 0과 1을 동시에 표현할 수 있어서 대규모 병렬 계산이 가능합니다.

슈뢰딩거의 고양이를 생각해 보세요. 이는 고양이가 동시에 살아 있기도 하고 죽어 있기도 한 유명한 사고 실험입니다.

큐비트도 동시에 여러 상태를 유지하여 비슷하게 작동합니다.

양자 컴퓨터는 암호화된 인터넷 연결에서 공개 키와 개인 키를 해독하는 기존 컴퓨터보다 기하급수적으로 빠르게 큰 숫자를 인수분해할 수 있습니다.

이러한 기능은 팩터링의 난이도에 의존하는 기존 암호화와 블록체인을 위협합니다.

연구자들은 큐비트가 여러 현실에 걸쳐 계산이 가능한 것처럼 보이기 때문에 다중 우주 이론에서 양자 컴퓨팅의 의미를 탐구합니다.

최근 구글은 양자 컴퓨터가 "양자 우월성"을 달성했다고 주장하며, 기존 컴퓨터로는 적절한 시간 내에 처리할 수 없었던 문제를 해결했다고 밝혔습니다.

Nature 연구에서는 큐비트를 안정화하는 새로운 양자 물질도 강조되었습니다.

이상한 점은 이러한 입자가 마치 공상과학 영화에서 나오는 평행 우주처럼 여러 개의 서로 다른 현실이 동시에 존재한다는 것을 암시할 수도 있다는 것입니다!

대학원생

양자 컴퓨팅은 중첩, 얽힘, 간섭과 같은 양자 현상을 이용합니다.

고전적 비트가 이진인 반면, 큐비트는 양자 중첩을 활용하여 여러 상태를 동시에 표현합니다.

양자 얽힘은 거리가 멀어져도 큐비트가 상호 연결된 상태를 유지하도록 보장하여 고효율 알고리즘을 구현할 수 있습니다.

양자 게이트를 사용하면 큐비트를 조작하여 양자 알고리즘을 실행하는 양자 회로를 만들 수 있습니다.

쇼어 알고리즘은 정수의 다항식 시간 인수분해를 가능하게 하여 RSA 암호에 직접적인 위협을 가하고 P 대 NP 문제를 해결합니다.

마찬가지로, 그로버 알고리즘은 비정형적 검색 문제에 대해 2차적인 속도 향상을 제공합니다.

이러한 발전으로 인해 양자 위협으로부터 디지털 시스템을 보호하는 데 대한 우려가 커지고 있습니다.

휴 에버렛의 다중세계 해석에서 가정한 것처럼, 중첩된 큐비트가 다른 현실과 상호 작용할 수 있기 때문에 다중우주론이 생겨났습니다.

반면, 코펜하겐 해석은 양자적 행동은 측정 시 단일한 결과로 붕괴된다고 제시합니다.

구글의 연구는 고전적인 슈퍼컴퓨터로 수천 년 걸리는 계산 작업을 몇 초 만에 해결함으로써 양자 우월성(나중에 양자 이점이라고 명명)을 입증했습니다.

전문가

양자 컴퓨팅은 양자 중첩, 얽힘, 단일 진화의 원리를 적용하여 정보를 처리합니다.

큐비트는 다차원 힐버트 공간 에 정보를 인코딩하여 지수적 상태 공간을 구현함으로써 고전적 논리 게이트를 초월합니다.

쇼어 알고리즘과 같은 알고리즘은 반소수 정수를 다항식 시간 안에 분해하여 RSA 및 ECC와 같은 암호 시스템을 약화시킵니다.

그로버 알고리즘은 검색 작업에 대한 2차 최적화를 보여주며, 이는 양자적 이점의 핵심적인 유형을 나타냅니다.

이러한 시스템을 뒷받침하는 양자 역학에 대한 해석은 다양합니다. 코펜하겐 해석은 측정 중에 파동 함수가 붕괴된다고 가정합니다.

다중 세계 해석은 계산 결과가 관찰을 통해 하나의 우주로 붕괴될 때까지 여러 평행 우주에 걸쳐 존재한다고 제안합니다.

이는 다중 우주 상태 간 양자 병렬성에 대한 논쟁을 불러일으킵니다.

구글이 양자 우월성을 시연하면서 54큐비트 시커모어 프로세서를 활용해 샘플링 문제를 200초 만에 완료했는데, 이는 기존에는 세계에서 가장 강력한 슈퍼컴퓨터에서도 10,000년이 걸릴 것으로 추정되었습니다.

플랑크 규모(10^-35 m)는 시공간에 근본적인 입자성을 시사하며, 잠재적으로 양자 계산 능력을 제한합니다.

네이처 보고서는 실용적인 양자 계산에 필수적인 위상적 양자 오류 정정 및 내결함성 설계를 통해 큐비트를 안정화하는 데 있어 진전이 있었음을 강조합니다.

양자 미래에 대해 기대하시나요?