큐비트(Qubit) / ①

문제13) 큐비트(Qubit)에 대하여 설명하시오

답)

 

1.양자컴퓨팅의 기본단위, 큐비트(Qubit)의 개요

개념	특징
양자의 중첩, 얽힘, 불확정성을 이용하여 많은 정보의 저장과 빠른 계산 능력을 제공하기 위한 양자 정보의 수학적 기본 단위	중첩 : 0, 1 상태 동시 보유 측정 시 상태 결정 (상태변경)
표기법(비트→큐비트): 0 → |0> , 1→ |1>, 수학적으로 벡터 공간에서 크기가 1 인 단위 벡터로 정의

 

2. 큐비트(Qubit)의 개념도와 구현방식

가. 큐비트(Qubit)의 개념도

기존 비트 대비 큐비트		블로흐 구면(Bloch Sphere) 표기
기존 비트	큐비트
n 큐비트는 2n 차원 중첩 가능하므로, 양자컴퓨팅에서 방대한 양의 연산 가능

 

나. 큐비트(Qubit) 의 구현 방식

구현방식	개념도	설명
초전도		초전도 회로에 극초단파를 가하여 전류를 중첩상태로 만드는 방식 장점 : 빠른 작동, 기존반도체 산업 기반 단점 : 극 저온 환경 조건 주요개발기관 : 구글, IBM
위상		“마요나라” 라는 입자를 적용해 물질의 위상상태를 활용하는 방식 장점 : 오류 대폭 감소 가능 단점 : 아직 입증 안됨 주요 개발 기관 : 마이크로소프트(MS)
이온트랩		레이저로 이온(전하를 가진 원자들)을 가두어 중첩상태 발생 장점 : 안정성, 신뢰성 단점 : 느린작동, 많은 레이저 필요
기타 반도체 양자점 방식, 중성자 방식, 광자방식 등 연구 개발 중

 

3. 큐비트를 양자컴퓨터에 활용 시 고려사항

Divincenzo 의 조건	양자 오류 개선
양자상태를 큐비트로 구현 가능 큐비트의 상태를 원하는 대로 초기화 가능 양자 얽힘과 중첩이 계산 과정동안 유지 큐비트의 상태를 변화시키는 양자 게이트 구현 특정상태에 대한 큐비트의 측정이 가능	외부환경 영향이 없도록 완전 격리 필요 큐비트 1 개 오류보정을 위해 보정용 큐비트 필요 큐비트 증가 시 오류 보정 불가 발생 양자 컴퓨터대용의 시뮬레이터 개발을 통해 보완
실용적인 양자컴퓨터 개발을 위해 큐비트의 특성과 구현 분야의 지속적 연구 필요

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