디지털 트랜스포메이션은 그 어느 때보다 빠르게 세상을 변화시키고 있습니다. 디지털 시대의 핵심 개념에 대해 배우는 것은 놀라운 속도와 능력으로 기존 모델을 변환할 수 있는 또 다른 새로운 기술 물결인 양자 컴퓨팅이 임박함에 따라 더욱 중요해질 것입니다.
이 기사에서 우리는 기존 컴퓨팅과 양자 컴퓨팅의 기본 개념을 비교하고 다양한 영역에서 응용 프로그램을 탐색하기 시작합니다.
양자 속성이란 무엇입니까?
역사를 통틀어 인간은 과학을 통해 자연의 작용을 이해하면서 기술을 발전시켜 왔습니다. 1900년대와 1930년대 사이에 아직 잘 이해되지 않은 일부 물리적 현상에 대한 연구는 양자 역학이라는 새로운 물리 이론을 탄생시켰습니다. 이 이론은 분자, 원자 및 전자의 자연 서식지인 미시 세계의 작동을 설명하고 설명합니다.
그것은 이러한 현상을 설명할 수 있었을 뿐만 아니라 아원자 현실이 완전히 반직관적이고 거의 마술적인 방식으로 작동하고 사건이 미시 세계에서 일어나지 않는다는 것을 이해하는 것을 가능하게 했습니다. 거시적 세계.
이러한 양자 속성에는 양자 중첩, 양자 얽힘 및 양자 순간 이동이 포함됩니다.
- 양자 중첩 입자가 동시에 다른 상태에 있을 수 있는 방법을 설명합니다.
- 양자 얽힘 두 입자가 "얽힌" 상태가 된 후 물리적 거리에도 불구하고 거의 동시에 같은 방식으로 반응하는 방법을 설명합니다. 즉, 원하는 만큼 떨어져 배치할 수 있으며, 하나와 상호 작용할 때 다른 하나는 동일한 상호 작용에 반응합니다.
- 양자 순간 이동 양자 얽힘을 사용하여 우주를 여행할 필요 없이 공간의 한 장소에서 다른 장소로 정보를 보냅니다.
양자 컴퓨팅은 아원자 자연의 이러한 양자 속성을 기반으로 합니다.
이 경우 양자역학을 통한 미시적 세계에 대한 오늘날의 이해를 통해 우리는 사람들의 삶을 개선할 수 있는 기술을 발명하고 설계할 수 있습니다. 양자 현상을 사용하는 다양한 기술이 있으며, 그 중 일부는 레이저나 자기공명영상(MRI)과 같은 기술이 등장한 지 반세기가 넘었습니다.
양자 컴퓨팅이란 무엇입니까?
양자 컴퓨터가 어떻게 작동하는지 이해하려면 먼저 우리가 매일 사용하는 컴퓨터(이 기사에서 디지털 또는 고전 컴퓨터라고 함)가 어떻게 작동하는지 설명하는 것이 유용합니다. 태블릿이나 휴대폰과 같은 다른 모든 전자 장치와 마찬가지로 비트를 기본 메모리 단위로 사용합니다. 이것은 프로그램과 응용 프로그램이 비트, 즉 XNUMX과 XNUMX의 이진 언어로 인코딩됨을 의미합니다.
예를 들어 키보드의 키를 눌러 이러한 장치와 상호 작용할 때마다 컴퓨터 내에서 XNUMX과 XNUMX의 문자열이 생성, 소멸 및/또는 수정됩니다.
흥미로운 질문은 컴퓨터 내부에서 물리적으로 이 0과 1이 무엇인지입니다. 비트의 XNUMX 및 XNUMX 상태는 스위치 역할을 하는 트랜지스터라고 하는 미세한 부품을 통해 흐르는 전류 또는 흐르지 않는 전류에 해당합니다. 전류가 흐르지 않으면 트랜지스터가 "오프"되어 비트 XNUMX에 해당하고, 전류가 흐르면 "켜져" 비트 XNUMX에 해당합니다.
좀 더 단순화하면 비트 0과 1이 정공에 해당하므로 빈 정공이 비트 0이고 전자가 차지하는 정공이 비트 1인 것과 같습니다. 이제 우리는 오늘날의 컴퓨터가 어떻게 작동하는지에 대한 아이디어를 얻었습니다. , 양자 컴퓨터가 어떻게 작동하는지 이해하려고 노력합시다.
비트에서 큐비트로
양자 컴퓨팅에서 정보의 기본 단위는 양자 비트 또는 큐비트입니다. 큐비트는 정의에 따라 비트와 마찬가지로 낮은 여기 상태 또는 0으로 정의된 에너지 상태에 해당하는 낮은 수준에 있을 수 있는 1단계 양자 시스템입니다. 또는 높은 여기 상태에 해당하거나 XNUMX로 정의되는 높은 수준에서.
그러나 여기에 고전 컴퓨팅과의 근본적인 차이점이 있습니다. 큐비트는 0과 1 사이의 무한한 수의 중간 상태(예: 0의 절반과 1의 절반 또는 0의 1/XNUMX와 XNUMX/XNUMX)에 있을 수도 있습니다. XNUMX의 이 현상은 양자 중첩으로 알려져 있으며 양자 시스템에서 자연스러운 현상입니다.
양자 알고리즘: 기하급수적으로 더 강력하고 효율적인 컴퓨팅
양자 컴퓨터의 목적은 큐비트의 이러한 양자 특성을 양자 시스템으로 활용하여 중첩 및 얽힘을 사용하여 고전적인 것보다 훨씬 더 큰 처리 능력을 제공하는 양자 알고리즘을 실행할 수 있도록 하는 것입니다.
실제 패러다임 전환은 디지털 또는 고전적인 컴퓨터(현재 컴퓨터)가 하는 것과 같은 일을 하는 것이 아니라 많은 기사에서 잘못 주장하는 것처럼 더 빠르게 수행하는 것으로 구성되어 있다는 점을 지적하는 것이 중요합니다. 완전히 다른 방식으로 수행됩니다. 그것은 종종 더 효율적입니다. 즉, 훨씬 더 짧은 시간에 훨씬 더 적은 계산 리소스를 사용합니다.
이것이 의미하는 바에 대한 구체적인 예를 살펴보겠습니다. 우리가 샌프란시스코에 있고 뉴욕으로 가는 백만 가지 옵션(N=1,000,000) 중 어느 것이 가장 좋은지 알고 싶다고 가정해 보겠습니다. 컴퓨터를 사용하여 최적의 경로를 찾을 수 있으려면 1,000,000개의 옵션을 디지털화해야 합니다. 이는 고전 컴퓨터의 경우 비트 언어로, 양자 컴퓨터의 경우 큐비트로 변환하는 것을 의미합니다.
기존 컴퓨터는 원하는 경로를 찾을 때까지 모든 경로를 하나씩 거쳐야 하지만 양자 컴퓨터는 기본적으로 모든 경로를 한 번에 고려할 수 있는 양자 병렬 처리로 알려진 프로세스를 활용합니다. 이는 사용된 리소스의 최적화로 인해 양자 컴퓨터가 기존 컴퓨터보다 훨씬 빠르게 최적의 경로를 찾을 수 있음을 의미합니다.
계산 용량의 차이를 이해하기 위해 n 큐비트로 2로 가능한 것과 동일한 작업을 수행할 수 있습니다.n 비트. 흔히 2번 정도라고 한다.70 큐비트는 양자 컴퓨터에서 약 2로 추정되는 우주의 원자 수보다 더 많은 기본 상태(더 다양하고 동시적인 문자열 문자열)를 가질 수 있습니다.80. 또 다른 예는 2000~2500큐비트 사이의 양자 컴퓨터를 사용하면 오늘날 사용되는 거의 모든 암호화(공개 키 암호화라고 함)를 깰 수 있다고 추정된다는 것입니다.
암호화가 진행되는 한 양자 컴퓨팅. 두 시스템이 순전히 얽혀 있으면 서로 상관 관계가 있으며(즉, 하나가 변경되면 다른 시스템도 변경됨) 이 상관 관계를 공유하는 제XNUMX자가 없습니다.
결론
우리는 블록체인, 인공 지능, 드론, 사물 인터넷, 가상 현실, 5G, 3D 프린터, 로봇 또는 자치 차량 다양한 분야와 분야에 점점 더 많이 존재하고 있습니다.
개발을 가속화하고 사회적 영향력을 창출하여 인간의 삶의 질을 향상시키기 위해 설정된 이러한 기술은 현재 병렬로 발전하고 있습니다. 블록체인, IoT 또는 드론과 같은 두 가지 이상의 기술 조합을 활용하는 제품을 개발하는 회사는 거의 없습니다. 인공 지능.
그것들은 수렴하여 기하급수적으로 더 큰 영향을 생성할 운명이지만, 개발 초기 단계와 기술 배경을 가진 개발자와 인력의 부족으로 인해 수렴은 여전히 보류 중인 작업입니다.
파괴적인 잠재력으로 인해 양자 기술은 이러한 모든 새로운 기술과 수렴할 뿐만 아니라 거의 모든 기술에 광범위한 영향을 미칠 것으로 예상됩니다. 퀀텀 컴퓨팅 사이버 보안이나 블록체인과 같이 암호화가 더 중요한 역할을 하는 기술에 더 큰 영향을 미치며 데이터의 인증, 교환 및 보안 저장을 위협할 것입니다.
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