Prologue, 무어의 법칙 폐기?
무어의 법칙이 폐기되었습니다. 반도체 집적도를 끌어올리기 위해서는 여러가지 조건이 필요한데, 그 중에서도 어려운 것은 집적도 증가에 따른 에너지소모율과 이에 따른 발열 제어 등이 있습니다. 이러한 한계에 의해서 반도체 업계가 무어의 법칙을 더 이상 유지하기 힘들다고 판단, 스스로 폐기하여 최근 논란이 되었습니다. 1
따라서 우리는 집적회로 기반의 컴퓨터 프로세서는 성능의 향상이 앞으로 더디게 일어날 것이라 예측할 수 있습니다. 암달의 법칙에 의해 병렬프로세싱을 통한 성능향상에도 한계가 존재하겠지요. 2
집적회로의 한계를 극복할 차세대 컴퓨팅 기술이 바로 양자컴퓨팅입니다. 양자의 원리를 이용하여 이진 논리회로가 아닌 다중비트를 동시에 처리할 수 있어 혁신적인 성능 향상을 기대할 수 있습니다. 그래서 오늘은 양자컴퓨터의 주요 개념에 대해서 정리해볼까 합니다.
양자컴퓨터란?
- 양자의 중첩, 양자 얽힘, 양자 텔레포테이션 등의 양자역학의 원리를 응용하여 Qubit 연산단위를 기반으로 다수 비트를 동시에 처리가능한 고성능 차세대 컴퓨터
- Qubit: Quantum bit, 두 가지 상태를 동시에 가진(양자 중첩) 양자의 성질을 이용해 2개 정보를 동시에 처리 가능, 50qubit이면 2^50bit를 동시에 처리 가능
양자컴퓨터의 핵심 구현 원리
출처: 한겨레, 양자시대, 이론에서 현실로…‘광속’ 세상 오는 걸까
<양자컴퓨터 원리>
양자 분리
- 전자기파 등을 이용해 단일 양자를 분리하는 기술
양자 결맞음 유지
- 양자를 제어해 다수 양자가 서로 간섭현상으로 인해 일정한 파동을 생성해내는 기술
- 양자 결맞음을 통해 양자 연산
양자컴퓨터의 유형
아날로그 방식
<양자어닐링>
양자 어닐링 방식
- 초전도체를 이용해 절대 0도에 가까운 환경을 만들고 주변 간섭을 차단한 상태에서 양자 핸들링 3
- 전류를 이용해 양자를 회전시켜 간섭현상을 발생시키고 결맞음 유지
- 양자 어닐링: 복잡한 수학함수의 전역최소값을 찾기 위한 기술 4
- D-wave Systems 의 양자어닐링 방식 양자컴퓨터 상용화
- 특정 분야 특화 연산
레이저 네트워크 방식
- 상온에서 광자를 이용해 컴퓨팅
- 양자 뉴럴 네트워크 통해 결과 산출
- 일본 주도
- 특정 분야 특화 연산
디지털 방식
양자 게이트 방식
- 범용 연산 목적 양자컴퓨팅
- IBM주도, MS, Google 등 개발 주력
- 초전도체를 이용해 극저온을 유지하고 이온트랩 방식, 광자 이용방식 등으로 양자 게이트 구현
- 초전도체, 이온트랩, 광자등을 이용하는 다수 방식이 존재
양자컴퓨터 관련 동향
- D-Wave Systems 의 양자컴퓨터 상용화, 2017년에는 2000Qubit의 D-wave 2000Q 출시
- 아날로그 방식 양자컴퓨팅은 1000Qubit이 넘는 양자 컴퓨팅이 가능하나 특수목적 컴퓨팅만이 가능(2019.02 현재)
- 아날로그 방식 양자컴퓨팅은 Qubit 연산 결과를 클래식 컴퓨팅 플랫폼에서 해석하는 방식으로 진정한 양자컴퓨팅이 아니라는 비판도 존재
- 디지털 방식 양자컴퓨팅은 클래식 컴퓨팅 플랫폼을 온전히 대체하는 것이 목적이며 49Qubit 이상일 경우 현재 슈퍼컴퓨터를 능가하는 성능 가능
- IBM에서 20Qubit의 디지털방식 양자컴퓨터 상용화
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이 포스트는 IT토픽의 주요 내용과 핵심 키워드를 간략히 설명하는 것이 목적으로, 디테일한 내용에 대해서는 깊이 다루지 않습니다.
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