양자정보기술의 유래

1.1 양자정보기술의 유래
1900년 독일 물리학자 프랑코벤은 양자라는 개념을 제기했다.
양자라고 하면 “슈뢰딩거의 고양이”를 떠올릴수 있을것이다.이것은 양자력학 이론을 언급하는데,이 추상은 방사성 라듐이 일종의 '중첩' 상태(즉, 붕괴와 불쇠변)에 있다는 견해에서 비롯되었고 슈뢰딩거의 고양이는 죽은 고양이와 산 두 종의 상태가 겹쳐진 것을 말한다.플랑크가 양자개념을 양자역학의 시발점이라고 했다면 슈뢰딩거의 파동 방정식은 양자역학을 하나의 새로운 고도로 끌어올렸다. 그러나 슈뢰딩거의 고양이는 하나의 사상실험에 불과하다.
양자역학 연구가 활발해지면서 미시적 물리체계(전자, 광자 등)에서 양자 집약, 양자중첩상태, 뒤얽힌 상태등 물리적 특성을  컴퓨터과학의 원리와 결합해 정보 획득, 처리, 전송을 가능하게 하는 양자정보기술(it)이 탄생해 빠르게 발전하고 있다. 양자정보기술은 주로 양자계산, 양자통신, 양자측량 3대 분야를 포괄하고 연산 처리 속도, 정보 안전 보장 능력, 측정정밀도, 영민도 등의 방면에서 고전적인 기술의 한계를 돌파하다.

1.2양자전산의 개념
통상적으로 양자전산은 양자역학 법칙에 따라 양자정보단원을 조절하여 계산하는 신형 전산모델로 고전전산 방식과는 완전히 다르다. 고전적인 연산은 2진법의 디지털 전자 방식을 사용하여 연산하는데, 이진법은 항상 0또는 1의 확정 상태에 있다. 양자전산은 기존의 계산 방식과 완전히 다른데 그것은 양자역학의 중첩 특성에 힘입어 연산상태의 중첩을 실현할 수 있다. 0과 1뿐만아닌라  0과 1이 동시에 존재하는 superposition(수퍼 포지셔닝)도 포함된다. 
일반 컴퓨터의 2자리 레지스터는 한번에 1개의 이진수(00, 01, 10, 11 중 하나)만 저장할 수 있지만 양자 컴퓨터의 2자리 양자 비트 레지스터는 4개의 상태를 동시에 유지한다. 양자 비트의 수가 n개일 때 양자 프로세서가 n개의 양자 비트에 대해 하나의 조작을 수행하는 것은 고전연산으로 2n개의 조작을 수행하는 셈이다.

1.3양자전산은 어떻게 실현할것인가?
1981년 노벨 물리학상 수상자인 리처드 파인만(Richard Feynman)은 양자 연산 분야에서 두가지 문제를 제기했다.①고전적인 컴퓨터가 효과적으로 양자 시스템을 시뮬레이션할 수 있는가? ② 만약 우리가 고전적인 튜링 기계 모형을 포기한다면 더 잘할 수 있는가?  파인만은 현재로서는 변량이 많은 미분방정식을 구할 방법이 없기 때문에 고전적인 컴퓨터로는 양자 시스템을 효과적으로 시뮬레이션할 수 없다고 생각한다.파인만은 일련의 검증성실험을 통해 분자와 원자로 컴퓨터를 만들 수 있을지도 모른다고 추정했다.
이후 양자역학에 기초한 신형컴퓨터의 연구에 박차를 다하고 컴퓨터 과학자들도 이런 어려운 도전을 극복하기 위해 노력해 왔다. 1985년 데이비드 더치(David Deutsch)는 양자컴퓨터의 개념을 정립했다. 양자컴퓨터는 양자칩(강력한 물리적 하드웨어체계), 양자정보제어시스템(컴퓨팅이 확실한 하층정보처리시스템), 양자 알고리즘(연산속도를 높이는 소프트웨어) 등 3개의 기본모듈을 갖춰야 한다.
이론적으로 양자연산은 빠르게 발전했지만 정작 실험착지단계는  훨씬 느렸다.양자 비트는 신축성이 좋고, 특성이 양호하며, 초기제조능력, 일관적 시간이 충분하고, 조작능력 완전하고 통일화되며, 양자 비트의 최종 상태에 대해 효과적인 측정을 실시할수 있고 규모집적화을 이루는 등 이러한 조건을 만족해야만 실용화할수 있는 양자연산 물리적체계를 실현할수 있다.이밖에 양자 솔리드 스테이트의 방향에 있는 양자칩 물리체계의 제작준비는 정상운행에 대한 환경요구사항이 매우 까다롭다. 작업온도가 절대 영도에 가깝다. 때문에 현재의 기술수준과 환경 조건이 까다로운 탓에 양자세계에서 컴퓨팅을 규모화하기가 어렵다.

2.2 국외 주류 연구체계기업의 발전
2.2.1 인텔(Intel)
인공지능 시대에 발맞춰 인텔은 양자연산 연구와 준비대군에 적극 가담하는 한편 반도체와 초전도체 방안을 펼쳐 양자연산을 연구하고 있다.Intel은 2015년에 QuTech(네덜란드 델프테크대학과 네덜란드 국립응용과학원이 공동 창립)와 협력하여 재료과학, 반도체 제조, 인터커넥트(interconnect)와 디지털 시스템 분야의 전문 기술을 두 가지 유형의 양자위 또는 양자비트 개발에 활용하고 있는데 이는 양자컴퓨터에서 다루는 기본 요소다.  QuTech는 2017년 10월에 17비트의 양자 초전도칩을 개발했다. 
2019년 12월, 인텔연구센터는 QuTech 와 협력하여 개발한 최초의 저온 제어 칩인 호스리지(Horse Ridge)를 발표했다. 이로부터 알수있는바 인텔 내부에서는 이미 연구기술 노선을 실리콘 스핀 양자컴퓨팅에 더욱 초점을 맞추고 있다. 인텔은 초기 양자 하드웨어 개발에서 양자 컴퓨팅의 상업적 규모화를 막는것은 상호 연결과 통제라고 인정했다. Horse Ridge의 출시는 바로 인텔의 양자 제어 시스템을 소형화하기 위한 새로운 시도이다.
이는 여러 양자비트에 대한 제어를 실현하고,  상업화된 양자컴퓨터를 설계, 테스트하고 최적화할 수 있는 능력을 한층 높였다 .

2.2.2 IBM 
IBM은 세계에서 가장 혁신적인 회사 중의 하나이다.
IBM은 메모리반도체인 디램(DRAM)과 디스크 드라이브, 신용카드 마그네틱을 비롯해 많은 발명품을 만들었다.2019년 IBM은  초전도시스템에 기반한 20비트 양자컴퓨터 개발에 성공해 연말까지 유료 가입자에게 공급할 수 있을 것이라고 발표했다.
IBM은 또 50개 양자비트를 다룰수있는 원형이 개발돼 미래의 IBM Q 시스템의 토대가 될 것이라고 밝혔다. 2019년 IBM은 세계 최초로 상용화를 목적으로 한 양자 컴퓨팅 시스템인 'IBM Q 시스템 원(IBM Q System One)'을 선보이며, IBM Q 시스템 원(System One)은 양자컴퓨팅의 상업화를 향한 중요한 발걸음이라고 밝혔다. 

2.2.3 구글(Google)
2019년 구글은 영국 네이처지 150주년호에 '양자우월성'으로 불리는 방향에서 중대한 돌파구적인 연구를 발표했다. 구글은 이미 54큐비트의 양자컴퓨터를 이용해 이전의 컴퓨터로는 할 수 없는 임무를 수행했다. 
구글은 이미 54 양자 비트의 양자 컴퓨터 한 대를 이용하여 전통적인 아키텍처 컴퓨터로는 할 수 없는 임무를 실현하였다.
초기 구글의 인공지능실험실 (Google Quantum AI Lab)의 목표는 현실세계의 문제를 해결하는데 사용할수 있는 양자 컴퓨터를 만드는것이다.
구글 양자인공지능실험실은 브리스틀콘(Bristlecone)이 양자프로세서를 사용하여 양자우월성을 실현할수 있다고 밝혔다.