글/쳔껀
최근 몇 년 동안 양자 역학 분야의 지속적인 발전과 함께 양자 컴퓨팅은 점점 더 많은 관심을 받고 있습니다. 양자 컴퓨팅은 양자 역학의 법칙에 따라 양자 정보 단위를 제어하고 계산을 하는 새로운 컴퓨팅 모델입니다. 양자 컴퓨팅은 기존 컴퓨팅 모델과 완전히 다릅니다.
클래식 컴퓨터에서 정보의 기본 단위는 Bit입니다. 이러한 컴퓨터가 수행하는 모든 작업은 0과 1의 패턴으로 분해될 수 있으며, 0과 1의 간단한 연산도 가능합니다.
전통적인 컴퓨터가 비트로 만들어지는 방식과 유사하게 양자 컴퓨터는 양자 비트(quantum bits) 또는 큐비트(qubits)로 구성됩니다. 하나의 큐비트는 하나의 상태(state)에 해당합니다. 그러나 비트의 상태는 하나의 숫자(0 또는 1)이고 큐비트의 상태는 벡터입니다. 보다 구체적으로 말하면, 큐비트의 상태는 2차원 벡터 공간 중의 벡터입니다. 이 벡터 공간을 “상태 공간”이라고 합니다.
고전적인 계산은 이진법 디지털 전자 방법을 사용하여 연산을 합니다. 그리고 이진법은 항상 0 또는 1의 확정 상태에 놓여 있습니다. 따라서 양자 컴퓨팅은 양자 역학의 중첩 특성을 통해 컴퓨팅 상태의 중첩을 실현할 수 있습니다. 즉, 0과 1을 포함할 뿐만 아니라 0과 1이 동시에 존재하는 중첩 상태(superposition)도 포함합니다.
이외에 양자 얽힘의 특성을 더한 양자 컴퓨팅은 현재 가장 강력한 알고리즘을 사용하는 기존 컴퓨터와 비교됩니다. 이론적으로는 일부 특정 문제에 대해 더 빠른 처리 속도와 더 강력한 처리 기능을 갖고 있습니다. 양자 역학의 반직관적인 특성을 이용하여 만든 양자 컴퓨터는 그 어떤 기계도 달성할 수 없는 연산의 결과를 실현할 수 있습니다.
요즘 양자 컴퓨터는 진정한 힘을 보여주기 시작하고 Google과 IBM 같은 컴퓨팅 거대 기업은 많은 소규모 경쟁사와 함께 양자 하드웨어의 구축 및 개선을 시작했습니다. 지난해 국산 양자 컴퓨터 “주쟝” 은 보통 슈퍼 컴퓨터가 완성하는 데 25억 년이나 걸리는 계산을 200초 만에 완성했습니다.
그러나 양자 컴퓨팅의 더 큰 과제는 큐비트가 환경 간섭에 매우 민감하다는 것입니다. 아주 작은 온도 변화나 파동 조차도 데이터의 유효성에 영향을 미칠 수 있으며, 이는 장거리 양자 정보 전송도 매우 어렵다는 것을 의미합니다. 현재 Toshiba 연구팀은 광섬유를 통한 양자 통신이 새로운 거리 기록을 세웠다고 말합니다.
실험 성공의 열쇠는 그것이 개발한 소위 “이중 대역 안정성” 신기술에 있습니다. 큐비트를 기반으로 두 개의 광학 참고 신호도 전송합니다. 이러한 신호는 약한 광 펄스의 위상 지연으로 인코딩되며, 그 중 첫 번째 참고 신호의 파장은 환경의 장애와 간섭을 해소시킵니다. 두 번째 참고 신호의 작동 파장은 큐비트 자체와 같은데 빛의 위상을 정밀하게 제어하는데 사용합니다.
이를 바탕으로 Toshiba팀은 양자 신호를 수십 나노 미터 이내로 유지할 수 있었습니다. 이와 반대로 600km의 거리에 있는 광섬유가 데이터를 전송할 수 있게 합니다. 이는 이전 기록의 6배에 도달했습니다.
비록 지금까지 달성한 가장 긴 양자 정보 전송 기록은 아니지만 위성 전송이 여전히 1,200km(746마일)의 장점으로 리스트의 최상위에 있기 때문에 양자 인터넷은 여전히 위성과 케이블 네트워크와 함께 사용해야 합니다.
이러한 진전은 양자 링크의 최대 범위를 더욱 확장하고 도시, 국가 및 대륙을 통한 전송을 실현하는 데 도움이 될 수 있습니다. 신뢰할 수 있는 중간 노드를 사용할 필요가 없습니다. 이 연구는 최근 출판된 “Nature Photonics” 저널에 실렸습니다.
출처 : 바이두 –쳔껀
발표시간 : 06-10 10:47
