[시사/과학] 양자컴퓨터

[시사/과학] 양자컴퓨터

 

양자컴퓨터는 슈퍼컴퓨터의 한계를 뛰어넘는 첨단 미래형 컴퓨터. 양자역학에 기반한 독특한 논리 연산방법을 컴퓨터 분야에 도입하려는 것이다.

'양자현상'은 입자와 파동의 이중성과 불확정성 원리에 의해 특징지어진다. 입자라고 생각했던 전자가 파동성을 갖고 파동이라고 생각됐던 빛이 입자성을 갖는 광자로 기술될 수 있다는 것이 입자와 파동의 이중성이다.

'불확정성 원리'는 서로 다른 특징을 갖는 상태의 중첩에 의해 측정값이 확률적으로 주어지는 얽힌 상태를 주게 된다.

기존의 정보처리 방식이나 통신이론, 개인용 컴퓨터에서 슈퍼컴퓨터에 이르는 컴퓨터는 기본적인 원리를 고전적인 역학에 두고 있다. 모든 상태가 일의적으로 결정되고 상태의 변화 또한 일의적으로 결정된다. 이러한 방식은 기본적으로 한 번에 한 단계씩의 계산이 이루어지게 된다.

반면 양자 정보처리나 양자 통신이론, 양자컴퓨터는 모든 가능한 상태가 중첩된 얽힌 상태를 이용한다. 이 경우 단 한 번의 조작으로 모든 가능한 상태를 조작하게 된다. 이러한 양자 병렬성은 양자현상을 이용한 정보처리, 통신, 컴퓨터가 기존의 방식으로 해결할 수 없는 문제들을 해결할 수 있게 만드는 역할을 한다.

2진법을 쓰는 현재 컴퓨터에서는 모든 데이터가 0 또는 1로 나타낸다. 이것이 바로 1비트이다. 하지만 양자컴퓨터에서는 데이터가 0이면서 동시에 1이 될 수 있다. 이는 양자역학계가 가지고 있는 고유한 특성인 '중첩'을 이용한 것으로 이 특성을 정보의 연산과 처리에 이용하여 기존 컴퓨터보다 효율적으로 계산을 수행할 수 있다.

양자컴퓨터는 0 혹은 1의 값만 갖는 비트(bit) 대신, 양자 정보의 기본 단위인 큐비트(Qubit)를 사용한다. 양자역학에 따르면, 원자보다 작은 물질은 파동과 입자의 두 가지 성질을 가질 수 있고, 동시에 여러 곳에 존재할 수 있다. 이를 중첩(superposition)이라고 한다.

이 같은 특성 때문에 큐비트에는 여러 상태가 존재한다. 2개의 큐비트라면 4개의 상태(00, 01, 10, 11)가 가능하고, 더 여러 개가 얽히면 병렬처리 가능한 정보량은 2의 제곱수로 늘어나게 되는 것이다. 병렬로 연결된 1600여대의 고성능 컴퓨터를 사용해 8개월이 걸리는 129자리 숫자 소인수 분해를 양자 컴퓨터는 단 몇시간 만에 해결할 수 있다. 비트 방식으로는 감히 엄두도 못낼 처리능력이다.

예를 들어 56비트로 되어 있는 비밀 암호키를 무작위로 찾아낼 때 기존의 컴퓨터로는 약 1000년이 걸리지만 양자전산의 알고리듬을 이용하면 약 4분에 가능하다.

양자컴퓨터는 천재물리학자 리처드 파인만이 1980년대 초 개념을 제시했다. 양자컴퓨터에 대한 연구는 지난 85년 IBM에서 시작돼 이후 NEC·후지쯔·마이크로소프트(MS) 등 유수의 정보기술(IT)업체가 연구를 진행하고 있으며 최근에는 미국·영국·싱가포르 등 주요 국가가 국가 차원의 관련 연구 프로젝트를 출범시켰다.

97년 IBM의 아이작 추앙이 2비트 양자컴퓨터를 처음 만들었고, IBM 알마덴연구소와 로스알라모스 연구소는 최근 7비트 양자컴퓨터까지 개발했다.



출처: http://terms.naver.com/item.php?d1id=7&docid=4740