🎶 양자 컴퓨터의 미래에 대해 알아보자!
양자 컴퓨터란,
양자 역학을 활용해 기존 컴퓨터보다 훨씬 빠르게, 더 복잡한 문제를 해결할 수 있게 만드는 컴퓨터를 말한다. 실제로 양자 컴퓨터가 구현된다면, 고전 컴퓨터와는 비교도 되지 않는 빠른 연산 속도를 활용해 현재 stuck돼 있는 다양한 문제들을 해결할 수 있을 것이라고 기대하고 있다. 양자 컴퓨터와 기본 컴퓨터의 가장 큰 차이점은 바로 computing 하는데 있어서 사용하는 기본 단위에 있는데, bit를 사용하는 기본 컴퓨터와는 달리 양자 컴퓨터는 '큐빗(qubit)'을 사용한다.
이 큐빗은 양자 중첩(superposition) 현상에 의해 0과 1이 동시에 중첩돼 있는 상태를 가지는데, 이 중첩 상태는 한 번에 여러 정보를 동시에 표현할 수 있게 만든다. 예로 3개의 qubit이 있다면, 8개의 상태를 동시에 표현할 수 있다는 것이다!
(🎃 고전 비트에서는 000 ~ 111 로 총 8개의 상태를 '하나씩'만 표현할 수 있다는 것을 상기하길 바란다.)
(🎃 양자 중첩 상태에 대해 좀 더 구체적으로 설명하자면, '관측 전' 0과 1의 상태를 모두 포함하고 있는 상태를 의미하며, '관측 후' 0 또는 1의 상태가 될 확률이 중첩돼 있는 것이다!)
(🎃 양자를 '관측'하는 순간, 관측 전 0과 1의 상태를 얻을 확률로 구성된 파동함수가 '붕괴'되면서 어느 한 상태로 결정되는 것이다.)
그렇다면 이 큐빗으로 이루어진 양자컴퓨터는 실현 가능성 있는 이야기일까?
이와 관련해서 새롭게 등장한 신조어가 바로 'NISQ(니스크) 이하 Noisy Intermediate-Scale Quantum' 이다.
NISQ는 최소 수 백개 이상의 qubit으로 구성된 양자 컴퓨터를 구현하는 데 목표를 두고 있는 많은 기업, 연구소들 사이에서, 50~200개 사이의 규모로 이루어진, Intermediate-Scale 양자 시스템을 구현하는데 있어서 어려움에 봉착했다는 사실을 지칭하는 단이다.
좀 더 구체적으로 설명하자면, 이러한 어려움들의 주요 원인으로는 qubit의 중첩 상태가 외부 환경과의 상호작용으로 인해 정보를 잃어버리거나 상태가 붕괴되는 'Decoherence 현상', 양자 게이트 및 소음(Noise)에 의해 필연적으로 발생되는, 무시할 수 없는 오류 발생 확률의 크기 등이 있다.
(🎃 현재 중간 규모의 양자 시스템에서의 오류 발생 확률은 0.1 ~ 1% 정도로 알려져 있으며, 이는 목표로 하는, 현 고전 시스템에서의 오류 발생 확률인 약 1*10^-6에 한참 미치지 못하고 있다.)
(🎃 양자 게이트는 고전 컴퓨터에서 사용되는 고전 게이트(and, or 등)에 대응되는 게이트로써, 양자 컴퓨터에서 qubit을 다루는 데 사용되는 게이트라고 알아두자. 차후 포스트를 통해 살펴보도록 하겠다.)
⚔️ 정리하자면, 아직까지는 상용화될 양자 컴퓨터의 중간 다리로 볼 수 있는 Intermediate-Scale 의 quantum system을 연구하는 중이라고 할 수 있다.
그러나, 현재 많은 기업들 및 연구소 등에서 연구가 활발히 이루어짐에 따라, 언젠가는 이 오류 발생 확률을 dramatic하게 줄이고 양자 컴퓨터가 상용화될 일이 이루어질 것이라고 믿는다.
이에 다음 포스트에서는 Quantum에 대한 기본 개념들에 대해 살펴보도록 하겠다.
