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양자 컴퓨터의 원리

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RE:양자 컴퓨터의 원리

강지*2007-11-15

양자 컴퓨터란 양자역학의 중첩현상(superposition)과 얽힘 현상(entanglement)을 활용한 컴퓨터를 말한다. 디지털컴퓨터에서 정보의 기본단위인 비트의 상태는 0 아니면 1인데 비해서, 큐비트(qubit) 또는 양자비트라 고도 불리는 양자정보의 기본 단위인 비트의 상태는 중첩현상이 발생하기 때문에 0과 1, 2개의 상태를동시 에 가질 수 있다. 2개의 큐비트는 4개의 상태 00, 01, 10, 11을 동시에 공유하는데 이는 얽힘 현상 때문이다. 3 큐비트가 얽힐 때는 8개,4큐비트는 16개의 상태를 동시에 갖는다.이와 같이 양자컴퓨터는 동시에 여러 개의 상태에 있을 수 있고, 동시에 모든 상태에 작용할 수 있기 때문에 디지털컴퓨터와는 달리 1개의처리장치로 동시에 수많은 계산을 별도로 할 수 있다.덴마크의 닐스 보어와 아인슈타인 간의 논쟁으로도 유명했던 양자 역학의 원리를 응용한 양자컴퓨터는 1985년 옥스퍼드 대학의 데이비드 도이치가 처음으로 개념을 정립하였 다.1994년 미국의 벨 연구소가 양자알고리즘을 발표하면서부터 컴퓨터 과학자들이 양자역학에 관심을 갖기 시작하였다. 1998년 미국에서는 마취제로 쓰이는 클로로포름 분자를 사용해 최초의 양자컴퓨터를 개발하고 초보적인 양자계산에 성공하였다. 1999년 일본에서도 양자컴퓨터의 고체회로 소자를 개발했다고 발표한 바 있다. 과학자들은 2020년경에 양자컴퓨터가 실용화될 것으로 전망하고 있다. 컴퓨터의 기본은 0과 1로 표시되는 2진법 논리회로이다. 따라서 현재의 디지털 컴퓨터는 스위치를 켜거나 (1) 끄는(0) 상태로서 전기가 흐르거나 흐르지 않는 형태로 2진법의 1 비트(Bit)를 구현한다. 그러나 물리학 의 양자역학 원리를 이용한 양자컴퓨터는 기존과는 전혀 다른 원리로서 컴퓨터의 기본논리를 제시한다. 양 자역학의 불확정성 원리는 서로 다른 특징을 갖는 상태의 중첩에 의해 측정값이 확률적으로 주어지게 되는 데, 이를 응용한 양자컴퓨터에서는 이른바 ‘큐비트(Qbit)’라 불리는 양자비트 하나로 0과 1의 두 상태를 동시 에 표시할 수 있다. 따라서 데이터를 병렬적으로 동시에 처리할 수도 있고, 또한 큐비트의 수가 늘어날수록 처리 가능한 정보량도 기하급수적으로 늘어나게 된다. 즉 2개의 큐비트라면 모두 4가지 상태(00, 01, 10, 11) 를 중첩시키는 것이 가능하고 n개의 큐비트는 2의 n제곱만큼 가능하게 되므로, 입력 정보량의 병렬 처리에 의해 연산 속도는 기존의 디지털 컴퓨터와 비교할 수 없을 만큼 빨라진다. 예를 들어, 수학에서 시간이 오래 걸리는 난문제로 유명한 소인수분해를 예로 들 경우, 지금의 컴퓨터로는 ‘250디지트(digit; 2진 단위)’의 수를 소인수분해 하려면 80만 시간이 걸릴 것이라고 예상된다고 한다. 만약 ‘1000디지트’ 수라면 10의 25제곱시간이 필요하다고 하는데, 이는 우주의 나이보다도 더 많은 시간이다. 그러 나 양자컴퓨터로는 몇 십분 정도면 충분할 것이라고 한다. 또한 현재의 컴퓨터로는 해독하는데 수백 년 이 상 걸리는 암호체계도 양자컴퓨터를 이용하면 불과 4분만에 풀어낼 수 있다고 한다. 출처: 사이언스올 원본 본문: 양자 컴퓨터의 원리를 가르쳐 주세요.
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