안녕하세요. 훈하니 @hunhani입니다.
여러분께서 Chapter 0. 서론을 통해 보여주신 관심과 성원에 감사드립니다. 앞으로도 기대에 부응할 수 있도록 최선을 다하겠습니다.
Chapter 1. 양자 컴퓨터! 일반 컴퓨터랑 뭐가 다른 거야?에서는 일반 컴퓨터와 비교하여 양자 컴퓨터의 기본 원리에 대해 알아보는 시간을 갖겠습니다.
많은 분들이 양자 컴퓨터를 단순히 빠른 컴퓨터 정도로만 알고 계십니다.
그러나 양자 컴퓨터는 단순히 빠른 연산이 가능한 컴퓨터라고만 할 수는 없습니다. 연산 체계 자체가 기존의 컴퓨터와 전혀 다른 방식으로 작동하는 컴퓨터입니다.
우리가 일반적으로 사용하는 개인용 컴퓨터는 물론 현존하는 최고 성능의 슈퍼 컴퓨터 역시 고전적인 정보처리 방식을 따릅니다. 고전적인 정보처리 방식에서는 모든 상태의 결정과 변화가 일의적(一義的)으로 진행됩니다. 쉽게 설명하자면, 기본적으로 한 번에 한 단계씩만 연산이 가능한 방식이라고 할 수 있습니다. 이 경우 연산의 최소 단위인 비트가 0과 1로 이루어지지요. 비트는 한 번에 0 혹은 1 둘 중 어느 하나만 허용되고 동시에 둘 다를 가질 수가 없습니다.
▲ IBM 슈퍼 컴퓨터 블루진 (Blue Gene)
슈퍼 컴퓨터는 프로세서 여러 대를 연결하여 한 번에 많은 연산을 처리하도록 구성하는 병렬컴퓨팅 방식을 이용하여 일의적인 연산 능력 자체를 극대화했습니다. 기존 프로세서의 아키텍처와 알고리즘을 개선한 것이라고 할 수 있지요. 그러나 아무리 그 성능이 좋다고 할지언정 각 프로세서 개별적으로 보면 여전히 일의적 연산을 진행하기에 정보처리 속도의 한계가 분명히 존재합니다.
양자 컴퓨터는 그 구조와 방식이 본질적으로 다른데요.
양자 컴퓨터는 모든 가능한 상태가 중첩되어 얽혀 있는 상태를 이용합니다. 이게 대체 무슨 말일까요! 중첩이니 얽힘이니 단어 자체가 어렵기만 하지요? 좀 더 풀어서 설명해보겠습니다.
양자 상태는 여러 가지 고유값을 가지는 서로 다른 고유 상태가 중첩되어 존재하는데요. 양자역학적으로 측정 혹은 섭동 행위는 중첩되어 존재하는 양자 상태를 붕괴시켜 허용된 고유상태 중 특정한 하나로 확정되도록 합니다. 여기서 고유 상태 중 어떤 상태로 확정될지는 아무도 알 수 없습니다. 다만 확률적으로 추정할 수만 있지요.
요약하자면 다음과 같습니다.
- 자연 현상은 확률의 지배를 받는다.
- 측정 혹은 섭동 행위 자체가 상태에 영향을 미친다.
이를 바탕으로 용어를 정의해보겠습니다.
- 양자 중첩 (quantum superposition) : 어떤 입자가 에너지 또는 위치와 관련하여 가질 수 있는 모든 가능한 상태들로 동시에 존재하는 양자역학적 특성.
- 양자 얽힘 (quantum entanglement) : 둘 이상의 양자 상태를 밀접하게 연관시켜 서로 엮어 놓은 상태. 얽힘 상태의 양자들은 서로 분리된 물리계에서도 어느 한쪽의 상태가 결정되면 다른 쪽 상태도 그 결과에 따라 필연적으로 결정되는 현상을 보인다.
둘 이상의 입자가 있을 때 상태들의 중첩에 의해 얽힘이 야기되는데요. 이는 양자역학에서 가장 핵심적인 현상이자 양자 컴퓨터 작동원리를 이해하는 첫 걸음입니다.
다음 시간에는 양자 중첩과 양자 얽힘이 야기하는 자연의 마법 같은 현상들, 특히 양자 상태의 측정과 양자 순간이동에 대하여 다뤄보겠습니다.
쉽고 재미있게 전달해드리고 싶은데 어려운 주제를 다루다보니 혹시나 내용을 벅차게 느끼고 계시지는 않을까 걱정이 앞섭니다. 댓글로 질문을 달아주시면 제가 설명할 수 있는 범위에서 최대한 쉽고 간결하게 답변해드리도록 하겠습니다.
다음 Chapter를 소개 합니다.
Chapter 2. 놀라운 자연의 마법, 양자 중첩/얽힘/순간이동
많이 기대해주세요!
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- 본문에서 사용된 모든 이미지는 구글 이미지에서 가져왔음을 밝힙니다.
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