초록 ▼

□ 연구개요
높은 복잡도를 갖는 무선 통신 시스템에서 낮은 복잡도를 갖는 양자 알고리즘을 개발하고 유니버설 게이트 단위로 구현한다. 높은 복잡도의 Multi-user MIMO detection 문제를 양자 알고리즘을 적용하여 낮은 복잡도의 문제로 변환 가능성을 탐색하고, 이를 기반으로 양자 Multi-user MIMO detection 알고리즘을 제안한다. 디지털 알고리즘과 계산 복잡도 및 성능을 비교하고, 제안한 양자 Multi-user MIMO detection 알고리즘을 양자회로 기반으로 구현한다. 높은 복잡도인 오류정정

□ 연구개요
높은 복잡도를 갖는 무선 통신 시스템에서 낮은 복잡도를 갖는 양자 알고리즘을 개발하고 유니버설 게이트 단위로 구현한다. 높은 복잡도의 Multi-user MIMO detection 문제를 양자 알고리즘을 적용하여 낮은 복잡도의 문제로 변환 가능성을 탐색하고, 이를 기반으로 양자 Multi-user MIMO detection 알고리즘을 제안한다. 디지털 알고리즘과 계산 복잡도 및 성능을 비교하고, 제안한 양자 Multi-user MIMO detection 알고리즘을 양자회로 기반으로 구현한다. 높은 복잡도인 오류정정 복호화 문제를 양자 알고리즘을 적용하여 낮은 복잡도의 문제로 변환 가능성을 탐색하고, 오류정정부호 양자 복호화 알고리즘을 제안한 후 디지털 알고리즘과 계산 복잡도 및 성능을 비교한다. 이를 바탕으로 오류정정부호 양자 복호화 알고리즘을 양자회로 기반으로 구현한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
● Multi-user MIMO 디지털통신 기법을 양자 알고리즘으로 적용 방법 제안
- 양자 선형 시스템 알고리즘과 같이 사용되는 양자 진폭 추정 알고리즘은 방정식의 크기와 무관하게 선택될 수 있으므로, 제안한 양자 알고리즘 적용 기법은 전체 계산 복잡도를 크게 늘리지 않고 APSK 신호 및 QAM 신호를 구분할 수 있다.
- 변형한 방정식을 분해된 형태로 순차적으로 풀어 양자 선형 시스템 알고리즘을 O(logN) 정도 만큼 사용해 주어진 행렬의 조건수를 크지 않게 하면서 여전히 양자 계산 이득을 유지하는 기법을 제안한다.
● NISQ 양자컴퓨팅 환경의 VQE 기반 양자 및 고전 컴퓨팅 하이브리드 알고리즘 연구
- NISQ 환경의 양자컴퓨팅에서 사용되는 알고리즘 중 하나인 양자근사최적화 알고리즘으로 MAX-CUT 문제를 해결할 때, 동일 연산 복잡도 대비 더 높은 성능을 갖는 개선된 양자근사최적화 알고리즘 기법을 제안한다.
- 양자근사최적화 알고리즘을 이용하여 graph coloring 문제에 연장된 다수의 색상을 할당하는 multi coloring 문제 해결 설계법을 제안한다. Multi coloring 문제는 graph 문제의 한 종류로 주어진 그래프에서 인접한 노드에 서로 다른 색상을 겹치지 않게 모든 노드에 색칠하는 문제이다. 대표적인 NP-hard 문제로 이 문제를 양자 알고리즘으로 해결한다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
본 과제의 연구결과물을 양자알고리즘과 양자오류정정부호를 결합하여 신뢰도 향상과 성능 이득을 최대화 시키는 연구로 발전시키고 있으며, 양자오류정정을 위하여 추가되는 양자회로의 복잡도를 최소로 유지하면서 양자정보의 신뢰도를 높이는 기법에 대하여 연구를 진행 중이다.
양자오류정정 기법은 IBM, 구글 등에서 개발하고 있는 고전적인 데이터 처리 기법을 활용한 양자정보 신뢰도 향상 방법과 비교 검증하여 장단점을 분석하고 연구결과물의 기여도를 검증받아 향후 국내외 양자컴퓨터 활용 분야에 적용을 기대한다.
1) 복잡한 무선 통신 시스템의 문제 해결
복잡한 무선 통신 시스템의 경우 낮은 복잡도의 알고리즘을 필요로 하고, 디지털 통신 알고리즘보다 낮은 복잡도의 양자 알고리즘이 적용 가능성으로 대두되고 있다. 본 연구를 통하여 복잡한 무선 통신 문제에 적용 가능한 양자 알고리즘을 개발하고 디지털 통신 알고리즘보다 낮은 복잡도의 양자 알고리즘을 적용할 수 있다.
2) 양자 컴퓨터의 범용성 검증
실제 양자 프로세서에서 구현할 수 있는 양자 알고리즘 설계로 양자 컴퓨터의 범용성 검증에 도움을 주고, 양자 컴퓨터의 필요성도 증대시킬 수 있다.
3) 양자 계산 원천 기술 확보
양자 컴퓨팅과 디지털 컴퓨팅 사이의 과도기적 기술개발을 통해 원천 기술을 확보함으로서 기존의 이론적인 양자 정보 처리 연구들과는 다른 실용적인 기술들을 선점 할 수 있다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 2.1 1차 년도 ... 5
• 2.2 2차 년도 ... 7
• 2.3 3차 년도 ... 9
• 2.4 4차 년도 ... 10
• 2.5 5차 년도 ... 12
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 15
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 15
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 19
• 3) 목표 달성 수준 ... 19
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 19
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 19
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 20
• 6. 자체점검표 ... 20
• 7. 참고문헌 ... 21
• 끝페이지 ... 36