양자 역학이 컴퓨터에 미치는 영향

양자 역학의 이해와 컴퓨터로의 적용

최근에 양자컴퓨팅에 대해 많이 들은 경험이 많으실 겁니다. 여기에 어떻게 '세상을 바꿀 수 있을까'와 '새로운 차원을 열 수 있을까'에 대한 뉴스가 있습니다. 대학들은 양자 마이크로칩 프로토타입, 실리콘의 양자기계 아이디어 시연, 그리고 다른 장치들과 이론들을 과장하고 있습니다. 하지만 어떻게 되는 것인가? 그게 무슨 소용인 것인가? 누가 하는 것인가? 그리고, 가장 중요한 것은, 왜 당신이 신경써야 하는 것인가? "양자 컴퓨터는 머리의 컴퓨터 규칙을 바꿉니다." 들어보셨지만, 지금 양자컴퓨팅은 50년대 클래식 컴퓨팅 시대입니다. 즉, 방 크기의 헐크가 진공관 위에서 작동하던 시대입니다. 하지만 그것은 컴퓨팅에 혁명을 일으킬 수 있습니다. 잠재적으로 그럴지도 모릅니다. 양자 컴퓨터가 무엇이고 그것이 왜 중요한지 알기 전에 양자역학의 수학적 이론을 타파해 봅시다. 난해하게 들릴지 모르지만 양자역학의 법칙은 우리의 우주를 구성하는 입자의 본질을 지배하는데, 여기에는 여러분의 전자기기와 전자기기가 포함됩니다. 한 가지가 동시에 두 가지일 때, 우리 우주에서 우리는 어떤 것이 하나의 것이 되는 것에 익숙합니다. 예를 들어, 동전은 앞면이 될 수도 있고, 뒷면이 될 수도 있습니다. 그러나 만약 동전이 양자역학의 법칙을 따른다면 동전은 공중전환을 할 것입니다. 그래서 착륙해서 우리가 보기 전까지는 그게 머리인지 꼬리인지 알 수 없습니다. 효과적으로, 그것은 머리와 꼬리를 동시에 가지고 있습니다. 우리는 이 동전에 대해 한 가지를 알고 있습니다. 동전 던지기는 앞면이거나 뒷면이 될 가능성이 있습니다. 그래서 동전은 앞면이 아니고, 꼬리도 아니고, 예를 들어, 앞면이 20%이고 뒷면이 80%일 확률입니다. 과학적으로 말하면, 어떻게 물리적인 것이 이럴 수 있을까? 어떻게 설명해야 할까요? 양자역학에서 가장 마음이 두근거리는 부분은 어떤 이유에서인지 전자와 같은 입자가 파동처럼 작용하고, 광파는 입자처럼 작용하는 것처럼 보인다는 점입니다. 입자는 파장을 가지고 있습니다. 이 사실을 증명하는 가장 기본적인 실험은 이중 슬릿 실험입니다. 입자 빔과 벽 사이의 칸막이에 평행한 슬릿 한 쌍을 넣고 벽에 검출기를 달아 무슨 일이 일어나는지 보면 이상한 무늬의 줄무늬가 나타납니다. 간섭무늬라고 부릅니다. 파도처럼 한 슬릿을 통해 이동하는 입자파는 다른 슬릿을 통해 이동하는 입자를 방해합니다. 파도의 최고봉이 수조에 정렬되면 입자가 취소되고 아무것도 나타나지 않게 됩니다. 피크가 다른 피크와 정렬되면 검출기의 신호는 더욱 밝아집니다.(이 간섭 패턴은 한 번에 한 전자만 보내도 여전히 존재합니다.) 만약 우리가 이러한 파동 같은 입자(벽에 부딪히기 전) 중 하나를 수학적 방정식으로 설명한다면, 그것은 우리의 동전을 설명하는 수학적 방정식처럼 보일 것입니다(땅에 부딪혀 머리나 꼬리에 착지하기 전). 이 방정식들은 좀 무섭게 보일 수 있습니다.그러나 이 방정식은 입자의 확실한 성질을 나열하지만 어떤 것을 얻게 될 것인지는 말하지 않는다는 것만 알면 됩니다.(아직은 알 수 없다는 의미 입니다.) 이 방정식을 사용하여 일부 입자 속성의 확률을 찾을 수 있습니다. 그리고 이 수학은 -1 또는 i의 제곱근을 포함한 복잡한 숫자들을 포함하기 때문에 동전이 앞이나 뒷면이 될 확률을 설명하는 것이 아니라, 동전의 얼굴이 회전하는 방식을 포함할 수 있는 고급 확률을 설명합니다. 이 모든 미친 수학에서, 우리는 몇 가지 이상한 것들을 얻습니다. 중첩이 있습니다. 공중 동전은 앞면과 뒷면이 동시에 맞습니다. 간섭이 있습니다. 가능성 파동이 겹치고 서로 취소합니다. 얽히고설킨 것이 있는데, 마치 우리가 동전 한 다발을 묶으면, 어떤 결과의 확률을 바꿀 수 있을 겁니다. 왜냐하면 그것들은, 음, 지금, 얽혀있기 때문이죠. 이 세 가지 미친 것들은 양자 컴퓨터에 의해 완전히 새로운 종류의 알고리즘을 만들기 위해 이용됩니다. 양자 컴퓨터 작동 방식은 "어떤 의미에서 우리는 60년 동안 같은 일을 해왔습니다. 캐나다 워털루 대학의 양자 컴퓨팅 연구소의 과학 연구 책임자인 마틴 라포레스트 박사는 기즈모도에게 "우리가 계산에 사용하는 규칙은 변하지 않았다. 우리는 비트 및 바이트와 논리 연산에 갇혀 있다"고 말했습니다. 그러나 그것은 모두 바뀌려고 합니다. "양자 컴퓨터는 머리의 컴퓨터 규칙을 바꿉니다." 전통적인 컴퓨터들은 비트를 사용하여 계산을 하는데, 이것은 프로세서에 전하를 발생시키거나 심지어 CD에 뚫은 작은 구덩이에도 저장될 수 있습니다. 약간은 우리가 1과 0으로 나타내는 두 가지 선택만을 가지고 있습니다. 두 가지 중에서 선택할 수 있는 것은 모두 약간입니다. 전망하자면, 모든 사람들 심지어 디 웨이브의 에왈드조차도 우리가 일상 생활에서 사용되는 양자 컴퓨터를 보는 것과는 거리가 멀다는 것에 동의합니다. 흥분하 거리는 많지만 우리는 아직 초기 단계에 있습니다. 오류 수정과 같은 난제가 산적해 있습니다. 그리고 나서 먼 컴퓨터 간에 양자 정보를 전송하거나 양자 정보를 메모리에 장기간 저장하는 것과 관련된 문제가 발생합니다. 나는 애런슨에게 어떤 스타트업이나 비밀스러운 노력이 갑자기 나타나서 초첨단 모델을 제시할 수도 있다고 생각하느냐고 물었습니다. "우리는 최고의 과학자가 누구인지 알고 있으며 그들이 맨해튼 프로젝트에서 물리학자들이 그랬던 것처럼 진공청소기로 청소되기를 기대하고 있습니다"고 그는 말했습니다. "나는 그것이 매우 건강한 분야로 남아 있다고 생각하지만, 동시에 실제로 유용한 양자 컴퓨터를 만드는 것은 엄청난 기술적 과제인 것은 사실입니다." 차고에서 그냥 만들 수는 없습니다.