양자 컴퓨터는 양자 중첩의 지수적인 정보 표현, 양자 얽힘을 이용한 병렬 연산과 같은 양자역학적인 물리현상을 활용하여 계산을 수행하는 기계이다. 양자 전산기라고도 한다.
이러한 컴퓨터는 트랜지스터 및 커패시터 기반의 2진법 디지털 전자 컴퓨터와 완전히 다른 원리로 작동한다.
고전적인 (전통적인) 컴퓨터에서 자료의 양은 비트로 측정되며 데이터가 항상 2 개의 명확한 상태 (0 또는 1) 중
하나에 있는 2진 숫자 (비트)로 인코딩 되어야 하지만 양자 계산은 상태의 중첩으로 있을 수 있는
양자 비트 또는 큐비트를 사용한다.
양자 정보 통신은 정보 사회의 패러다임을 바꿀 신기술로 여겨진다. 양자 정보 통신을 활용한 양자 컴퓨터는
한 개의 처리 장치에서 여러 계산을 동시에 처리할 수 있어 특정한 문제를 처리하는데 있어 정보 처리량과 속도가
지금까지의 컴퓨터에 비해 지수적으로 뛰어나다. 하지만 양자 컴퓨팅은 근본적으로 양자정보 처리,
저장 중 발생하는 노이즈, 결맞음 잃어버림과 같은 양자 에러 (quantum error)에 대해 매우 취약하고 병렬 연산을 위한
얽힘을 생성하고 제어하는 것이 실질적으로 매우 어렵다.
따라서 2018년 현재 실제 양자 컴퓨터의 개발은 아직 초기 단계이며 소규모의 양자 비트를 제어하고 간단한
양자 알고리듬을 실행하는 실험이 보여진 바 있는 수준이다. 더 나아가, 실용적인 응용을 위해 이론적인 연구가 계속되고 있으며, 많은 국가 정부와 군사 기관이 암호 해독과 같은 민간, 비즈니스, 무역, 환경 및 국가 보안 목적을 위한
양자 컴퓨터를 개발하기 위해 양자 컴퓨팅 연구에 자금을 지원하고 있다.
실용적으로 파급력이 있는 양자 계산을 위해서는 양자오류 보정형 범용 양자 컴퓨터를 개발해야 하지만
오류를 보정하지 않는 수준의 양자컴퓨터를 이용해서도 고전적인 컴퓨터가 효율적으로 수행하기 힘든 의미 있는
계산을 수행할 수 있다는 취지로 연구가 진행되고 있다. 이는 양자컴퓨팅의 이론가인 존 프레스킬 (John Preskill)이
제창하였으며 이를 사용하는 시대를 오류가 있는 중형 크기의 양자 소자 시대 (Noisy intermediate scale quantum era)라고 한다. 이 시대를 선두하기 위해 IBM, Intel, Google을 포함한 많은 회사에서 소규모 양자컴퓨터가 개발 중이다.
IBM은 IBM Q Experience를 통해 클라우드 기반으로 5 큐비트 및 16 큐비트 양자 컴퓨팅 플랫폼 (초전도 기반)을
대중에게 제공하고 있다. D-Wave Systems는 양자 어닐링을 사용하는 양자 최적화 기계의 자체 버전을 개발하였고
상용으로 시판 중이다.
그림 3. IBM 의 Q Experience에서 클라우드 기반 서비스를 제공하는 초전도 기반 5 큐비트 양자 프로세서 (출처)
[네이버 지식백과]양자 컴퓨터 [Quantum computer] (물리학백과)
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