양자 컴퓨터와 양자 인터넷의 필요성

양자를 이용한 실생활 적용

양자 컴퓨터가 해내는 성과, 우리의 일상 세계 아래에 극소 규모의 원자 및 아 원자 입자에 숨겨져 있는 이상하고 애매한 영역입니다. 이것은 유령 입자가 존재하고 사라지고 소용돌이치는 전자가 한 번에 두 위치를 차지하고 물체가 이중 성질을 가지고 있는 루이스 캐럴과 같은 장소입니다. 이들은 동시에 파동과 입자가 될 수 있습니다. 이러한 개념이 비합리적으로 보임에도 불구하고 지난 120 년 동안 과학자들은 양자 역학으로 알려진이 영역이 우리의 물리적 존재가 구축되는 토대임을 증명했습니다. 현대 과학에서 가장 성공적인 이론 중 하나입니다. 그것 없이는 우리는 다른 많은 혁신 중에서 원자시계, 컴퓨터, 레이저, LED, 글로벌 포지셔닝 시스템 및 자기 공명 영상과 같은 경이를 가질 수 없습니다. 그러나 정보 기술의 영역에서 양자 역학이 가장 큰 빚을 지게 될 수도 있습니다. 연구원들은 양자 원칙을 사용하여 기존 컴퓨터가 할 수 없는 문제를 해결할 수 있는 초강력 컴퓨터를 만들기를 희망합니다. 사이버 보안 개선, 화학반응 모델링, 신약 제조 및 공급망 효율성 향상에 이르기까지. 이 목표는 컴퓨팅의 특정 측면에 혁명을 일으키고 새로운 기술 가능성의 세계를 열 수 있습니다. 대학 및 산업 연구 센터의 발전 덕분에 이제 소수의 기업이 프로토 타입 양자 컴퓨터를 출시했지만, 양자 기술이 잠재력을 실현하는 데 필요한 하드웨어, 소프트웨어 및 연결에 대한 근본적인 질문에 대한 분야는 여전히 넓게 열려 있습니다. 프린스턴의 연구원들은 실험실의 기초 연구와 업계 파트너와의 협력을 통해 양자 컴퓨팅의 미래를 도표화하기 위해 노력하고 있습니다. "프린스턴의 흥미로운 점은 우리가 기초 과학과 공학 모두에서 진정한 전문 지식을 가지고 있다는 것입니다."라고 전기 공학 교수 인 앤드류 호욱이 말했습니다. "우리는이 연구의 모든 단계에서 세계적인 리더를 보유하고 있습니다." 이 새로운 기술의 기본 구성 요소는 일상적인 컴퓨터가 정보를 표현하는 데 사용하는 클래식 비트의 양자 버전 인 큐 비트입니다. 클래식 비트의 값은 0 또는 1이며 이러한 비트를 문자열로 결합하면 컴퓨터가 문자 및 숫자와 같은 정보를 나타낼 수 있습니다. 대조적으로 양자 비트는 동시에 0 또는 1의 값을 가질 수 있습니다. 이 기괴한 품질은 중첩이라는 양자 개념에서 비롯되며, 객체는 한 번에 둘 이상의 상태에 존재할 수 있습니다. 이 개념을 일상생활에 적용하면 허구의 고양이가 동시에 살아 있고 죽는 슈뢰딩거의 고양이라는 역설이 발생합니다. 양자 컴퓨터는 큐 비트가 동시에 다른 상태에 존재할 수 있는 기능을 활용합니다. 즉, 양자 컴퓨터는 한 번에 훨씬 많은 정보를 고려하여 많은 결과를 동시에 평가할 수 있으므로 계산 능력이 기하급수적으로 증가합니다. 큐 비트 어휘 및 관련 용어에 대한 입문서를 읽어보십시오. 2019 년 9 월, 대학은 기초 양자 연구에서 컴퓨팅, 센서 및 통신과 같은 분야의 응용에 이르기까지 스펙트럼 전반에 걸친 탐사 및 교육을 촉진하기 위한 프린스턴 퀀텀 이니셔티브의 창설을 발표했습니다. 이 이니셔티브는 양자 과학에 대한 국가적 추진력의 시기에 나왔습니다. 2018 년에 연방 정부는 양자 정보 과학 및 기술에 대한 연구 및 교육을 활성화하기 위해 국제 퀀텀 이니셔티브를 설립했습니다. 프린스턴 이니셔티브는 대학원생과 박사 후 연구원을 위한 펠로우쉽과 학부생을 위한 연구 및 교육 기회를 제공합니다. 전기 공학, 물리학, 화학, 컴퓨터 과학, 기계 및 항공 우주 공학 부서에서 온 30 명 이상의 교수진이 새로운 프로그램에 참여할 것입니다. 이 이니셔티브는 캠퍼스 전체와 다른 대학 및 산업과의 새로운 연구 협력을 가능하게 할 것입니다. 이니셔티브의 창립 이사는 전기 공학 교수 인 앤드류 호욱입니다. 호욱은 "우리는 각 분야의 놀라운 전문가를 보유하고 있습니다. 프린스턴 퀀텀 이니셔티브는 모든 사람을 한데 모아 발견 속도를 가속화할 수 있는 독립 체를 제공합니다."라고 말했습니다. 양자 인터넷을 구축하다. 잘 작동하는 큐 비트를 만드는 것은 양자 컴퓨팅의 한 측면 일뿐입니다. 똑같이 중요한 목표는 오늘날의 인터넷보다 더 안전한 양자 정보 네트워크 (양자 인터넷)를 만드는 것입니다. 전기 공학 조교수 인 나탈리 디 레온은 정보를 저장하고 한 장소에서 다른 장소로 전송하는 장치로서 합성 다이아몬드의 생존 가능성을 테스트하고 있습니다. 다이아몬드가 깨끗하고 흠이 없어 보일 수 있지만 자세히 살펴보면 매우 다른 것을 알 수 있습니다. 다이아몬드를 땅에서 뽑아내면이 작은 결함을 모두 알아차릴 수 있을 것입니다. 라고 디 레온이 말했습니다. 이러한 결함은 다이아몬드에 색상을 부여하지만 정보를 저장하고 전송할 수도 있습니다. 디 레온과 그녀의 동료들은 두 개의 탄소 원자를 실리콘 원자로 대체함으로써 다이아몬드의 이 특별한 결함이 광자를 잡는 완벽한 저장소 역할을 할 수 있다는 것을 알아냈습니다. 광자는 이미 오늘날 인터넷의 광섬유를 통해 정보를 전달하고 있으며 양자 정보를 전달하는 데에도 사용될 수 있습니다. 디 레온과 그녀의 팀은 광자에서 전자스핀으로 양자 정보를 전송하기 위해 노력하고 있습니다. 여기서 추가 미세 조정은 전자스핀을 적절한 방향으로 유지함으로써 양자 상태를 연장할 수 있습니다. 양자 얽힘은 이러한 새로운 종류의 인터넷이 해커로부터 안전하게 보호되도록 합니다. 전송을 도청하려는 시도는 그 상태를 혼란스럽게 할 것입니다. 전송된 광자를 얽힌 쌍과 비교함으로써 수신기는 도청자가 전송을 방해했는지 여부를 알 수 있습니다. "물리 법칙이 정확하다면 우리 채널은 안전합니다."라고 디 레온은 말했습니다.