Transcript 양자 컴퓨팅

양자 컴퓨팅
(분산 시스템)
2003250360 김현동
2005360030 김강여
목 차
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
서
나
양
다
양
양
응
노
자
양
자
자
용
문
기 술 과
양 자 컴 퓨 팅
컴 퓨 터 의 역 사
한
양 자 계 산
모 델
하 드 웨 어
암 호
방 향
1. 서
문
- 1894년 트랜지스터가 발명된 이후로 급속도로발전
- 지수함수적으로 증가
- 컴퓨터는 더 이상 “1”과 “0”을 기반으로 하는 고전
적 계산법칙을 따르지 못함.
- 새로운 패러다임의 계산 법칙을 요구 => 양자컴퓨터
2. 나노기술과 양자컴퓨팅
- 나노 기술 : 개별적인 원자, 분자의 조작
또는 자기 조립 성질을 이용해
새로운 성질을 가지는 재료나
소자를 만드는 기술 통칭
- 양자 컴퓨팅 : 원자를 조작하는 기술에 근거
=> 새롭고 높은 계산 능력에 대
한 잠재성과 다양한 응용 기
대로 많은 관심을 끌고 있음.
3. 양자컴퓨터의 역사(계속)
가. 왜 양자컴퓨팅인가?
- “1”과 “0”을 기반 => 고전정보이론 구현
하는 트랜지스터의 신뢰성이 상실되면서 새
로운 패러다임이 필요하게 됨.
- 1982년 : 리차드 파인만이 양자 컴퓨터를 처음 제안
- 1985년 : 데이비드 도이치가 양자 컴퓨터 이용한 모델링
가능성을 보여줌
- 1989년 : 실용적인 양자암호체계 개발
- 1993년 : 양자전송에 대한 개념 소개
- 1994년 : 피터쇼가 소인수분해를 가능하게 하는 양자
알고리즘을 발표
3. 양자컴퓨터의 역사(계속)
나. 양자컴퓨팅 기초
1) 비트와 큐빗(Bits and Qubits)
- 고전 컴퓨터 정보 구성 : 이진수인 0과 1을 사용
- 양자 컴퓨터 정보 구성 : 0상태와 1상태 중첩을
함께 이용
- 큐빗 : 양자 컴퓨터에서 정보를 구성하는 요소는
0과 1뿐만 아니라 두 요소의 중첩 상태까
지 포함
3. 양자컴퓨터의 역사(계속)
2) 중첩상태의 이점은 무엇인가?
- 고전 컴퓨터 : 단 한개의 패턴만 저장
- 양자 레지스터 : 모든 상태를 동시에 가질 수 있다.
- 양자 컴퓨터는 n개의 큐빗이 존재하면 2^n개의
상태를 동시에 가질 수 있는 것.
* 이론적으로 30개의 큐빗으로이뤄진 양자 컴퓨터는
오늘 날 가장 빠른 슈퍼컴퓨터보다 약 3배나 강력한
연산속도를 가짐
3. 양자컴퓨터의 역사(계속)
다. 양자 얽힘과 결어긋남
- 양자 얽힘 : 양자상태에 있는 두 원자간의 상관 관계를
설명하기 위한 과학 용어
- 결어긋남 : 외부환경과의 상호작용으로 인해 어떤
시스템이 안전한 상태에서 결맞음이 깨지는
상태로 변화하는 것
4. 다양한 양자계산 모델(계속)
★ 양자컴퓨터로 동작하기 위한 기본 요건 ★
- 큐빗의 개수를 증가시킬 수 있도록 물리적으로 확장
가능할 것
- 임의의 값으로 초기화가 가능할 것
- 결어긋남 시간보다 빠른 양자 게이트
- 양자 게이트의 보편적 집합을 가질 것
- 높은 양자 효율로 큐빗의 가독성이 쉬울 것
4. 다양한 양자계산 모델(계속)
가. 게이트 또는 회로모델
- 양자회로 모델은 고전컴퓨터의 회로와 유사.
- 동작은 큐빗상에서 구현.
나. 단방향 양자컴퓨터
- 어떤 특정한 얽힘 상태에 있는 큐빗에 대해 연속적으로
측정을 행함으로써 양자컴퓨터를 구현.
다. 점진적 컴퓨팅
- 개념 : 입자들을 직접적으로 조작하는 것 아니라, 해밀
토니안의 형태를 변화시켜 계산을 수행하는 것.
- 점진적 컴퓨텅에서, 어떤 문제의 해를 구하려고 한다면,
그 문제는 우선 해밀토니안에 의하여 규정.
5. 양자 하드웨어(계속)
가. 핵자기공명 양자컴퓨팅
- 핵자기공명 : 원자핵 스핀의 양자역학적인 성질에 기초, 원자핵이
외부의 강력한 자기장에 노출이 되면 발생하는 현상
나. 이온 트랩 방법
- 전지장이나 자기장을 이용해 트랩된 이온을 큐빗으로 이용하는 것
- 양자 레지스터는 트랩에 고정된 이온들의 배열로 형성
=> 각각의 이온의 상태는 각각의 큐빗의 상태에 해당.
다. 초전도 회로
- 초전도 회로를 큐빗으로, 서로 반대방향으로 순환하는 전류를
큐빗의 서로 다른 2개의 상태로 규정.
- 장점 : 기존의 고전 컴퓨터를 구성하는데 도움을 준 고체상
물리학에 기초한다는 것
5. 양자 하드웨어
다. 초전도 회로
초전도 회로의 이용한 기법은 크게 2가지가 있음.
1. 조셉슨 접합을 이용한 양자 간섭 소자.
- 특징 : 고속으로 전류를 스위칭 할 수 있다는 것.
2. 자속 큐빗
- 큐빗은 몇 개의 조셉슨 접합을 연결해서 생기는
일종의 루프
6. 양자 암호(계속)
- 암호학 : 비밀코드를 쓰는 예술이고, 한 장소에서 다른
장소로 제 3자의 개입 없이 정보를 보내기 위해
사용된다.
- 암호기술 : 인터넷과 네트워크 암호 서비스, 온라인 뱅킹
등에 사용.
6. 양자 암호
★ 양자 암호 모델 ★
가. 광자의 편광
- 양자 암호의 주된 이점은 키분배 문제의 대안을 제시해 준다는 점.
- 평광 접근법 : 정보를 암호화하기 위해 편광된 빛을 이용.
나. 얽힘 상태의 광자
- 1991년 에커드는 얽힘 상태의 광자를 암호시스템에 사용할 수 있는
것이라고 제안.
- 양자 시스템에서 두 입자가 공간적으로 떨어져 있음에도 불구하고
한 입자의 성질이 다른 입자의 성질에 영향을 미치는 얽힘의 성질
이용.
7. 응용 분야
- 트랜지스터의 축소되는 세계에 있어 매우 바람직함.
- 양자암호를 이용한 통신분야에서 활약할 수 있는 것.
- 제약산업에서 유용한 도구로 사용.
- 고도의 보안을 요구하는 분야나 높은 밀도의 정보통신 분
야에서 사용될 수 있음.
- 군수업이나 복잡한 수학적 연산 또는 인공지능 분야.
▶ 양자 컴퓨터의 가능성은 무궁무진함 => 예측 불가능
-끝-