전기전자 최초로 실행된 역사적인 양자 소프트웨어

2014.10.30 16:16

최초로 실행된 역사적인 양자 소프트웨어 http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?cn=GTB2014101076&service_code=03
KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-10-29

양자전산의 가능성을 보여주기 위한 소프트웨어의 첫 번째 조각이 마침내 실제 기계에서 실행되었다. 이것은 그 소프트웨어가 처음 창안된 지 20년 만의 일이다. 비록 그 자체만으로는 아무런 유용한 일을 하지 못하지만, 이 알고리즘의 실행 덕분에 양자역학의 기묘한 특성에 의해 작동되는 더욱 실용적인 컴퓨터가 개발될 수 있을 것이다.

양자 컴퓨터는 보통 컴퓨터보다는 훨씬 더 빨라야 하지만, 양자 알고리즘, 즉 컴퓨터의 양자적 성질을 이용하는 소프트웨어가 존재하는 임무에 대해서만 그렇다. 이러한 알고리즘이 없다면, 양자 컴퓨터는 제작하기에 훨씬 더 힘든 평범한 컴퓨터에 불과하다. 가장 유명한 양자 소프트웨어들 중 하나는 거대한 숫자들을 그 소수 성분들로 인수분해를 하는 쇼어의 알고리즘(Shor`s algorithm)이다. 이 문제는 고전적으로 해결하기에는 엄청나게 시간이 많이 걸리고 어렵다. 쇼어의 알고리즘은 공기 중을 통해 전송된 광자들을 이용하는 제한된 방식으로 실리콘 칩에서 수행된 적이 있다. 그러나 이 알고리즘을 수행할 수 있는 완전한 양자 컴퓨터는 거대한 소수에 의존하고 있는 온라인 암호를 위협할 수 있다.

양자 컴퓨터를 이용하는 알고리즘을 설계하는 일은 까다롭기 때문에 많지 않다. 1994년에, 캐나다 몬트리올대(University of Montreal)의 다니엘 사이먼(Daniel Simon)은 가장 초기의 알고리즘들 중 하나를 제안했다. 결정적으로, 그는 양자 컴퓨터가 보통 컴퓨터보다 기하급수적으로 더 빨리 문제를 해결할 수 있다는 것을 최초로 증명했다. 이전의 알고리즘들은 약간의 속도 향상만을 입증하거나 전혀 입증하지 못했었다. 사이먼은 양자전산의 회의론자였지만, 양자전산이 결코 유용하지 못하다는 것을 증명하려고 시도하는 과정에서, 그는 정반대를 증명하는 문제를 우연히 발견했다. 검은 상자 속에 0101과 같은 비트열을 집어넣으면, 1100과 같은 다른 비트열을 얻는다고 가정해보자. 가능한 출력의 개수는 유한하지만, 그 검은 상자가 어떻게 그러한 출력을 발생하는지는 모른다. 검은 상자가 모든 가능한 입력에 대해 유일한 출력을 주는지, 혹은 어떤 입력들은 공통의 출력을 주는지가 사이먼이 발견한 문제의 질문이다. 이 문제는 실제세계의 어떠한 경우에서도 나타나지 않지만, 이 문제를 풀기 위한 사이먼의 알고리즘은 더 유용한 쇼어의 알고리즘과 양자전산이라는 분야에 전체적으로 영감을 주었다.

"양자 알고리즘이 개발이라는 역사에는 일종의 특별한 장소가 있다. 하지만 기하급수적인 격차가 존재한다는 것을 최초로 증명하였음에도 불구하고, 그 이후 내내 실험적으로는 한 번도 실현되지 못했다는 것은 놀라웠다"고 남아프리카의 콰줄루-나탈대(University of KwaZulu-Natal)의 마크 테임(Mark Tame)은 말했다. 테임과 동료들이 이번에 사이먼의 알고리즘을 최초로 실행시킨 이유가 바로 그것이다. 그들은 단방향 양자 컴퓨터를 사용했다. 그렇게 불리는 이유는 계산 과정에서 양자비트, 즉 큐비트의 일부를 완전히 소모해버리기 때문이다. 이 컴퓨터는 사이먼의 문제의 가장 단순한 형태인 2큐비트 버전을 풀기 위해서 6개의 광자들을 사용했다. 이 알고리즘은 확률론적이며, 이것은 답을 얻기 위해서 여러 번 실행해야 한다는 것을 의미한다. 테임의 양자 컴퓨터는 답을 얻는데 평균적으로 2번 실행해야 했지만, 보통 컴퓨터는 평균적으로 3분의 8번 수행해야 했다. 이것은 이론적인 예측과 비슷한 기하급수적 속도 향상의 첫 걸음이다. "나에게 있어서 그것은 조각그림 맞추기에서 잃어버린 조각을 찾아서 제자리에 놓아 그림을 완성하는 것과 비슷했다"고 그는 말했다.

"귀찮아 하는 누군가를 정말로 배려했다고 생각하지는 않는다. 그 자체로 실제적인 가치가 있는 것은 아니기 때문이다. 이번 증명은 원리 증명에 가까웠다"고 테임은 말했다. "누군가가 마침내 이 일을 해냈다는 것은 대단하다. 올바른 질문은 오늘 얼마나 `속도 향상`을 얻었는지가 아니라, 미래에 실제로 속도향상을 달성할 수 있는 어떠한 실험적 진보를 이루었는지"라고 MIT의 스캇 아론슨(scott aaronson)은 말했다. 그는 속도향상 자체가 의미가 있다고 생각하지 않는다.

[출처] http://www.newscientist.com/article/dn26443-historic-quantum-software-is-run-for-the-first-time.html

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