[논문]양자컴퓨팅시스템 개발 및 활용 동향

최병수

[국내논문] 양자컴퓨팅시스템 개발 및 활용 동향
Trends of Quantum Computing System Development and Applications 원문보기

전자통신동향분석 = Electronics and telecommunications trends, v.31 no.2, 2016년, pp.84 - 94

최병수 (양자창의연구실)

초록
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지난 60여 년간은 고전정보에 기반한 통신, 저장, 처리 능력이 비약적으로 발전하였다. 이 과정에서 가장 많이 사용된 방법은 정보소자의 크기를 감소시키는 방법이었는데, 이러한 접근법은 최근에 그 한계에 도달하고 있다. 이러한 한계를 극복하기 위해서 다양한 접근법이 연구되고 있으며, 궁극적으로는 양자역학적 현상에 기반하는 양자정보가 사용될 것으로 예상된다. 양자정보는 크게 계산성과 보안성을 향상시키는데, 이에 따라서 향후 ICT 전반에서 많은 변화가 생길 것으로 예상된다. 본고에서는 특히 양자정보에 기반한 양자컴퓨팅을 중심으로, 양자정보의 발현과 관련한 역사적 흐름, 양자정보에 기반한 정보처리의 핵심요소, 양자컴퓨팅 구현 방법론, 양자컴퓨팅 활용 방법론, 현재의 기술수준을 소개한다. 마지막으로 ICT의 경제의존도 및 사회몰입도가 높은 우리나라가 이러한 ICT패러다임의 전환기에서 과연 무엇을 어떻게 준비해야 하는지도 살펴본다.

AI 본문요약
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문제 정의

본고에서는 이러한 ICT의 근본적 변화를 야기하는 양 자정 보에 대한 역사적 측면, 양자 정보를 활용하는 양자 컴퓨팅모델의 발전역사, 그리고 현재 진행되고 있는 양자컴퓨팅 관련한 연구개발 동향을 살펴본다. 또한, 이러한 일련의 분석을 통해서 향후 우리나라가 21세기 새로운 ICT 패러다임 전환기에서 선제 연구개발과 이를 통한 ICT 경쟁력 강화를 위해서 어떠한 연구개발 방향성과 로드맵을 가져야 하는지도 살펴본다.
본고에서는 양자 정보의 출현 배경, 양자 정보기술의 발 전추세, 그리고 양자 ICT 분야에서의 가장 핵심인 양자컴퓨팅 분야에서의 연구개발 동향에 대해서 살펴보았다.
본고에서는 이러한 ICT의 근본적 변화를 야기하는 양 자정 보에 대한 역사적 측면, 양자 정보를 활용하는 양자 컴퓨팅모델의 발전역사, 그리고 현재 진행되고 있는 양자컴퓨팅 관련한 연구개발 동향을 살펴본다. 또한, 이러한 일련의 분석을 통해서 향후 우리나라가 21세기 새로운 ICT 패러다임 전환기에서 선제 연구개발과 이를 통한 ICT 경쟁력 강화를 위해서 어떠한 연구개발 방향성과 로드맵을 가져야 하는지도 살펴본다.

가설 설정

네 번째, 큐비트들에 대해서 관측이 가능해야 한다. 계산 중간 과정이나 최종연산 결과를 추출하는 과정에서 큐비트들을 관측해야 한다
두 번째, 큐비트들에 대해서 초기화가 가능해야 한다. 컴퓨팅을 실행하는 과정에서 초기 상태를 확정해야 하므로,큐비트들에 대해서 초기화하는 것은 가장 기본적인 조건이다.

제안 방법

또한, 물리적으로 가장 안정한 상태로 자연스럽게 변환하는 과정을 이용하는 양자 절연형 모델도 제안되었다[14]. 이 모델에서는 사용자의 알고리즘을 물리계의 가장 낮은 에너지를 찾는 문제로 변환하여 적용한다.

대상 데이터

세 번째, 큐비트들에 대해서 만능의 게이트를 구현할 수 있어야 한다. 구현의 어려움을 고려하여 가장 작은 집합으로써 H, T, CNOT게이트를 대상으로 한다.

성능/효과

세 번째, 큐비트들에 대해서 만능의 게이트를 구현할 수 있어야 한다. 구현의 어려움을 고려하여 가장 작은 집합으로써 H, T, CNOT게이트를 대상으로 한다.
양자역학적 테이프는 중첨상태를 의미하며, 양자역학적 헤드는 간섭계를 구현하는 시스템으로 해석된다. 이러한 모델을 통해서 만능의 계산이 양 자 정보기반에서도 구현 가능함을 확인하였다.
파인만은 다체계 양자역학적 시스템을 표현하고, 그것의 동역학을 처 리하는 데에 필요한 고전적 계산량은 양자역학적 개체 수에 대해서 지수적으로 증가한다는 것을 확인하였다. 이를 계기로, 고전컴퓨팅을 이용하여 양자역학적 시스템을 전산 모사할 수 없음을 확인하였지만, 역으로 양자역학적 특성을 갖는 컴퓨팅 시스템이라면 양자역학적 시스템을 전산모사 할 수 있다는 것 또한 언급하였다. 이 시점에서 처음으로 양자역학을 활용하는 시뮬레이션 시스템이 언급되었으며, 이것이 양자컴퓨팅의 가장 시 초라할 수 있다.
첫째, 큐비트를 정의할 수 있고, 구현할 수 있어야 한다. 소자기술별로 큐비트를 정의하는 방식이 다르며,그 에 따라서 구현하는 방식이 다르므로 이러한 작업은 정 보소자 의존적이다.
이러한 양자역학적 발전이 ICT 측면에서 중요도를 갖기 시작한 것은, 파인만에 의해서 양자역학적 다체계 시스템을 고전 컴퓨터로 시뮬레이션하는 과정의 어려움에 관한 연구가 시발점이라 할 수 있다⑻. 파인만은 다체계 양자역학적 시스템을 표현하고, 그것의 동역학을 처 리하는 데에 필요한 고전적 계산량은 양자역학적 개체 수에 대해서 지수적으로 증가한다는 것을 확인하였다. 이를 계기로, 고전컴퓨팅을 이용하여 양자역학적 시스템을 전산 모사할 수 없음을 확인하였지만, 역으로 양자역학적 특성을 갖는 컴퓨팅 시스템이라면 양자역학적 시스템을 전산모사 할 수 있다는 것 또한 언급하였다.

후속연구

하지만, 이후 이러한 접근법은 더 발전하여, 하나의 양자 다체계 시스템을 이용하여 임의의 양자 다체계 시스템을 전산 모사할 수 있는 만능의 양자 시뮬레이션 개념으로 발전하였다⑼. 만능 양자 시뮬레이션인 만큼 다양한 양자물리학적 현상을 시뮬레이션할 수 있으며, 이를 통해서 고전적으로는 확인하기 어려웠던 많은 이론들을 효과적으로 검증할 수 있을 것으로 기대된다.
양자컴퓨팅은 고전컴퓨팅이 제공하기 어려운 높은 수준의 보안성과 계산 성을 동시에 제공하기 때문에, 향후 클라우드 환경에서 기존의 고전적 컴퓨팅 시스템을 대 체할 것으로 예상된다. 이에 따라서, 양자컴퓨팅에 기반 한 양자 ICT는 기존의 고전 ICT에 비해서 다양한 측면에서 매우 높은 효율성을 제공할 수 있을 것이며, 이로 인해서 인류는 지금까지 접하지 못했던 새롭고 효율적인 ICT 서비스를 경험하게 될 것이다
이를 위해서 선행되어야 하는 것은 양자통신, 양자컴퓨팅, 양자 ICT 전반에 걸친 정교한 핵심이론 및 기술지도를 확보해야 하고, 이를 기반으로 연구개발 참여 주체 간에 효율적인 연구개발 로드맵을 작성해야 할 것으로 생각된다. 이러한 측면에서 한국 전자통신연구원 양자 창의연구센터는 우리나라의 향후 50년을 준비하는 양자컴퓨팅 관련 기술지도 및 연구개발 로드맵과 같은 청사진을 제시할 예정이다.
이에 따라서, 우리나라도 더 늦기 전에 본격적으로 관련 연구개발을 진행해야 하는데, 이제는 양자컴퓨팅, 양자통신, 그리고 양자]:CT 전반에 걸쳐서 장기적이고 실행 동력이 충분한 연구개발을 진행해야 한다. 이를 위해서 선행되어야 하는 것은 양자통신, 양자컴퓨팅, 양자 ICT 전반에 걸친 정교한 핵심이론 및 기술지도를 확보해야 하고, 이를 기반으로 연구개발 참여 주체 간에 효율적인 연구개발 로드맵을 작성해야 할 것으로 생각된다. 이러한 측면에서 한국 전자통신연구원 양자 창의연구센터는 우리나라의 향후 50년을 준비하는 양자컴퓨팅 관련 기술지도 및 연구개발 로드맵과 같은 청사진을 제시할 예정이다.
이러한 중요성을 간파한 다른 ICTa대기업들은 이미 수년 전부터 양 자 컴퓨팅 분야에 집중투자를 하고 있는 것을 보아도 향후 어떠한 경쟁이 벌어질지 명확하다. 이에 따라서, 우리나라도 더 늦기 전에 본격적으로 관련 연구개발을 진행해야 하는데, 이제는 양자컴퓨팅, 양자통신, 그리고 양자]:CT 전반에 걸쳐서 장기적이고 실행 동력이 충분한 연구개발을 진행해야 한다. 이를 위해서 선행되어야 하는 것은 양자통신, 양자컴퓨팅, 양자 ICT 전반에 걸친 정교한 핵심이론 및 기술지도를 확보해야 하고, 이를 기반으로 연구개발 참여 주체 간에 효율적인 연구개발 로드맵을 작성해야 할 것으로 생각된다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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