더 빠르고 강력한 기계에 대한 전망의 산물 양자 컴퓨터

'게임을 바꾸는'돌파구 이후 한 걸음 더 가까이 다가가다.

과학자들은 디지털 환경을 변화시킬 수 있는 실용적인 양자 컴퓨터의 핵심 요소를 개발했습니다. 기존 기계보다 몇 배 더 빠르고 강력한 양자 컴퓨터의 전망은 양자 물리학의 기묘한 원리에 기반한 실리콘 칩 개발에서 "게임을 바꾸는"돌파구로 한 걸음 더 가까워졌습니다. 호주의 과학자들은 미래의 전자 장치를 위한 초고속 지능형 마이크로 프로세서로 디지털 환경을 변화시킬 수 있는 실용적인 양자 컴퓨터의 핵심 요소를 시연했습니다. 연구자들은 양자 물리학의 원리에 따라 작동하는 논리 게이트 (계산이 가능하도록 논리적으로 제어되는 스위치)를 구축했습니다. 이 스위치는 동시에 두 가지 상태로 존재할 수 있습니다. 클래식 컴퓨팅에서 데이터는 항상 "0"또는 "1"의 두 가지 상태 중 하나로 표현되는 이진수로 구성됩니다. 그러나 양자 컴퓨터는 중첩이라고 알려진 양자 프로세스로 인해 한 번에 두 가지 상태로 존재할 수 있는 전자와 같은 매우 작은 입자의 이상한 동작을 이용하여 데이터가 양자 비트 또는 "큐 비트"로 유지됩니다. 지금까지 논리 게이트에서 두 큐 비트가 서로 대화하도록 하는 것은 불가능했지만 시드니 뉴 사우스 웨일스 대학의 앤드류 듀락이 이끄는 팀은 이제 네이처 저널에 발표된 연구에서 위업을 달성했습니다. 듀락 교수는 양자 컴퓨터의 중심 빌딩 블록 인 2 큐 비트 로직 게이트를 시연했으며 이를 실리콘에서 크게 수행했습니다. "우리는 기본적으로 기존 컴퓨터 칩과 동일한 장치 기술을 사용하기 때문에보다 이국적인 기술에 의존하는 어떤 선도적인 설계보다 풀 스케일 프로세서 칩을 제조하는 것이 훨씬 쉬울 것이라고 믿습니다."라고 그는 말했습니다. 이것은 오늘날의 컴퓨터 산업과 동일한 제조 기술을 기반으로 하기 때문에 양자 컴퓨터의 구축을 훨씬 더 실현 가능하게 합니다. 양자 컴퓨터가 현실이 되려면 1 큐 비트 및 2 큐 비트 계산을 수행하는 능력이 필수적입니다. 라고 그는 덧붙였습니다. 물리적 수준에서 비트는 일반적으로 한 쌍의 실리콘 트랜지스터에 저장되며, 그중 하나는 켜져 있고 다른 하나는 꺼져 있습니다. 양자 컴퓨터에서 데이터는 개별 전자의 "스핀"또는 자기 방향으로 인코딩 됩니다. 두 개의 "위"또는 "아래"스핀 상태 중 하나 일뿐만 아니라 위아래의 중첩 상태 일 수도 있습니다. 호주 과학자들이 취한 핵심 단계는 전통적인 트랜지스터를 재구성하여 비트 대신 큐 비트로 작업할 수 있도록 하는 것이었습니다. 주 저자 인 뉴 사우스 웨일스 대학의 메노 벨드호스트 박사는 다음과 같이 말했습니다. 스마트 폰이나 태블릿의 실리콘 칩에는 이미 약 10 억 개의 트랜지스터가 있으며 각 트랜지스터의 크기는 1000 억분의 1 미터 미만입니다. 우리는 각각의 전자가 하나의 전자만 연결되도록 하여 실리콘 트랜지스터를 양자 비트로 변형했습니다. 그런 다음 전자의 작은 자기장과 관련된 전자의 '스핀'에 0 또는 1의 이진 코드를 저장합니다. 이전 테스트는 일반 컴퓨터에 비해 성능상의 이점을 보여주지 못했지만 구글 엔지니어링 디렉터 하트 뮤트 네벤의 말에 따르면 컴퓨터에 "세 심하게 제작된 개념 증명 문제"가 주어진 실험에서 컴퓨터는 100 점을 달성했습니다. 일반적인 컴퓨터가 문제를 해결하는 데 걸리는 시간에 비해 수백만 배의 속도 향상되었다는 의미입니다. 이 성공적인 테스트는 컴퓨터가 몇 년이 아닌 몇 초 만에 특정 알고리즘에 응답할 수 있음을 보여줍니다. 양자 컴퓨터는 양자 물리학의 기이하고 믿을 수 없을 정도로 복잡한 특성을 활용하여 작동합니다. 일반 컴퓨터는 트랜지스터를 사용하여 데이터를 비트로 인코딩하는데, 이는 두 가지 명확한 상태 (0 또는 1) 중 하나 일 수 있습니다. 트랜지스터는 현미경으로 아주 작으며 수백만 개의 트랜지스터를 칩에 묶어 복잡한 계산을 할 수 있으며 매일 사용하는 컴퓨터 프로그램을 실행할 수 있습니다. 기술의 발전 덕분에 이러한 트랜지스터는 점점 더 작아지고 있습니다. 그러나 원자 규모로 축소됨에 따라 크기에 대한 이론적 한계가 접근하고 트랜지스터의 온-오프 기능이 양자 역학의 비정상적인 법칙에 의해 손상되기 시작하여 잠재적으로 컴퓨터 기술의 장애물이 됩니다. 양자 컴퓨터는 비트가 아닌 양자 비트 (큐 비트)를 사용합니다. 작은 양자 규모에서 이러한 큐비 트는 0 또는 1의 '중첩'으로 동시에 존재할 수 있습니다. 복잡한 기술을 사용하여 큐 비트를 조작하면 과학자들은 이러한 중첩을 활용하고 기본적으로 동일한 입자를 사용하여 한 번에 여러 가지 계산을 수행할 수 있습니다. 복잡하고 따라가기가 어렵기 때문에 지금까지 달성되지 않은 이유를 설명합니다. 구글은 그들의 컴퓨터가 실제로 계산을 수행하기 위해 양자 영역을 활용했음을 증명할 수 없었지만 지금은 그렇게 하고 있습니다. 그러나 문제가 있습니다. 디 웨이브가 쉽게 해결할 수 있도록 설계된 특정 문제를 사용하여 돌파구를 마련했습니다. 네븐은 일부 비 양자 알고리즘이 속도면에서 디 웨이브를 능가할 수 있다는 획기적인 발전을 발표 한 블로그 게시물에서 인정했지만 양자 하드웨어가 향상됨에 따라 "이러한 방법은 곧 효과가 없을 것"이라고 덧붙였습니다. 실용적인 양자 컴퓨터를 개발하기 위한 노력은 계속되고 있지만 아직까지도 여러 가지의 어려움이 많은 것도 사실입니다. 하지만 언젠가는 실용적인 양자 컴퓨터가 우리의 실생활에 적용되는 날이 반드시 오게 될 것입니다. 이번 글은 이렇게 마치겠습니다. 글을 읽는데 시간을 할애해 주셔서 감사드립니다.