비트 대신 큐비트: 양자 컴퓨터는 우리에게 어떤 미래를 열어줄까요?

우리 시대의 주요 과학적 과제 중 하나는 최초의 유용한 양자 컴퓨터를 만들기 위한 경쟁이었습니다. 수천 명의 물리학자와 엔지니어가 참여합니다. IBM, Google, Alibaba, Microsoft 및 Intel이 개념을 개발하고 있습니다. 강력한 컴퓨팅 장치는 우리 세상을 어떻게 변화시킬 것이며, 그것이 왜 그렇게 중요한가요?

잠시 상상해 보세요. 완전한 양자 컴퓨터가 만들어졌습니다. 우리 삶의 친숙하고 자연스러운 요소가 되었습니다. 고전적인 계산은 이제 학교, 역사 수업에서만 이야기됩니다. 추운 지하실 깊은 곳 어딘가에서 강력한 기계가 큐비트에서 작동하여 인공 지능 로봇에 전력을 공급합니다. 그들은 위험하고 단조로운 작업을 모두 수행합니다. 공원을 걷다 보면 주변을 둘러보며 온갖 종류의 로봇을 볼 수 있습니다. 인간형 생명체는 개를 산책시키고, 아이스크림을 팔고, 전기 배선을 수리하고, 지역을 청소합니다. 일부 모델은 애완동물을 대체합니다.

우리는 우주의 모든 비밀을 밝히고 우리 자신의 내면을 들여다볼 기회를 얻었습니다. 의학은 새로운 수준에 도달했습니다. 매주 혁신적인 약물이 개발되고 있습니다. 가스, 석유 등 희소자원이 어디에 있는지 예측하고 판단할 수 있습니다. 지구 온난화 문제가 해결되고, 에너지 절약 방법이 최적화되어 도시의 교통 정체가 더 이상 발생하지 않습니다. 양자 컴퓨터는 모든 로봇 자동차를 제어할 뿐만 아니라 자유로운 이동을 보장합니다. 도로 상황을 모니터링하고 경로를 조정하며 필요한 경우 운전자의 제어권을 넘겨받습니다. 이것이 양자 시대의 모습입니다.

퀀텀 골드 러시

응용 전망이 놀랍기 때문에 양자 개발에 대한 투자가 매년 증가하고 있습니다. 81,6년 전 세계 양자 컴퓨팅 시장 가치는 2018만 달러로 평가되었습니다. Market.us 전문가들은 2026년까지 그 규모가 381,6억 21,26만 달러에 이를 것으로 추정합니다. 즉, 2019년부터 2026년까지 연평균 XNUMX%씩 증가하게 된다.

이러한 성장은 보안 애플리케이션에서 양자 암호화 사용이 증가하고 양자 컴퓨팅 시장 이해관계자의 투자에 의해 촉진됩니다. 과학 저널 네이처(Nature)의 분석에 따르면, 올해 초까지 민간 투자자들은 전 세계적으로 최소 52개 양자 기술 회사에 자금을 지원했습니다. IBM, Google, Alibaba, Microsoft, Intel, D-Wave Systems 등 주요 기업은 실질적으로 적용 가능한 양자 컴퓨터를 만들기 위해 고군분투하고 있습니다.

그렇습니다. 매년 이 분야로 유입되는 돈이 소액의 지출이라면 가능합니다(2018년 AI 투자 9,3억 달러에 비해). 그러나 이러한 수치는 아직 성과 지표를 자랑하지 않는 미성숙 산업에 있어서 중요한 수치입니다.

양자 문제 해결

오늘날 기술은 아직 초기 단계에 있다는 것을 이해해야 합니다. 양자 기계의 프로토타입과 단일 실험 시스템만 만드는 것이 가능했습니다. 복잡성이 낮은 고정 알고리즘을 실행할 수 있습니다. 최초의 2큐비트 컴퓨터는 1998년에 만들어졌으며 인류가 장치를 소위 "양자 우위"라는 적절한 수준으로 끌어올리는 데 21년이 걸렸습니다. 이 용어는 Caltech의 John Preskill 교수가 만들어냈습니다. 그리고 이는 가장 강력한 기존 컴퓨터보다 더 빠르게 문제를 해결할 수 있는 양자 장치의 능력을 의미합니다.

이 분야의 돌파구는 캘리포니아 회사 Google에 의해 이루어졌습니다. 2019년 53월, 회사는 자사의 200큐비트 Sycamore 장치가 최첨단 슈퍼컴퓨터가 완료하는 데 10년이 걸리는 계산을 000초 만에 완료했다고 발표했습니다. 해당 발언은 많은 논란을 불러일으켰다. IBM은 그러한 계산에 전적으로 동의하지 않았습니다. 블로그에서 회사는 Summit 슈퍼컴퓨터가 2,5일 안에 이 작업을 처리할 것이라고 썼습니다. 그리고 필요한 것은 디스크 저장 용량을 늘리는 것뿐입니다. 실제로는 그 차이가 그렇게 크지는 않았지만, 실제로 '양자 우위'를 최초로 달성한 기업은 구글이었습니다. 이는 컴퓨터 연구에 있어 중요한 이정표입니다. 그러나 그 이상은 아닙니다. Sycamore의 위업은 순전히 시연 목적입니다. 실용적인 적용이 없으며 실제 문제를 해결하는 데 쓸모가 없습니다.

가장 큰 문제는 하드웨어입니다. 전통적인 계산 비트의 값은 0 또는 1이지만 이상한 양자 세계에서는 큐비트가 동시에 두 상태에 있을 수 있습니다. 이 속성을 중첩이라고 합니다. 큐비트는 회전하는 팽이와 같습니다. 시계 방향과 시계 반대 방향으로 회전하고 위아래로 움직입니다. 이것이 혼란스럽다면 훌륭한 회사에 있는 것입니다. Richard Feynman은 “양자역학을 이해한다고 생각한다면 그것은 이해하지 못한 것입니다.”라고 말했습니다. 양자역학으로 노벨상을 받은 사람의 용기 있는 말입니다.

따라서 큐비트는 매우 불안정하며 외부 영향을 받기 쉽습니다. 실험실 창문 아래를 지나가는 자동차, 냉각 시스템의 내부 소음, 날아다니는 우주 입자 등 임의의 간섭, 모든 상호 작용은 동시성을 방해하고 분리됩니다. 이는 컴퓨팅에 해롭습니다.

양자 컴퓨팅 개발의 핵심 질문은 많은 연구 중 어떤 하드웨어 솔루션이 큐비트의 안정성을 보장할 것인가입니다. 일관성 문제를 해결하고 양자 컴퓨터를 GPU만큼 일반화하는 사람은 누구나 노벨상을 수상하고 세계에서 가장 부유한 사람이 될 것입니다.

상용화의 길

2011년 캐나다 회사인 D-Wave Systems Inc. 양자 컴퓨터를 최초로 판매했지만 그 유용성은 특정 수학적 문제에만 국한되어 있습니다. 그리고 앞으로 몇 달 안에 수백만 명의 개발자가 클라우드를 통해 양자 프로세서를 사용할 수 있게 될 것입니다. IBM은 53큐비트 장치에 대한 액세스를 제공할 것을 약속합니다. 지금까지 20개 회사가 Q Network라는 프로그램을 통해 이 특권을 받았습니다. 이들 중에는 장비 제조업체인 삼성전자, 자동차 제조업체인 혼다자동차와 다임러, 화학업체인 JSR과 나가세, 은행인 JPMorgan Chase & Co. 등이 있다. 그리고 바클레이.

오늘날 양자 컴퓨팅을 실험하는 대부분의 기업은 이를 미래의 필수적인 부분으로 보고 있습니다. 이제 그들의 주요 임무는 양자 컴퓨팅에서 작동하는 것과 작동하지 않는 것을 알아내는 것입니다. 그리고 준비가 되면 기술을 비즈니스에 가장 먼저 도입할 준비를 하십시오.

운송 기관. 폭스바겐은 D-Wave와 함께 교통 통제 시스템인 양자 애플리케이션을 개발하고 있습니다. 새로운 프로그램을 통해 대도시의 대중교통 기관과 택시 회사는 차량을 보다 효율적으로 사용하고 승객 대기 시간을 최소화할 수 있습니다.

에너지 부문. ExxonMobil과 IBM은 에너지 부문에서 양자 컴퓨팅의 사용을 촉진하고 있습니다. 이들은 다양한 신에너지 기술 개발, 에너지 효율성 향상, 온실가스 배출 감소에 중점을 두고 있습니다. 에너지 부문이 직면한 과제의 규모와 복잡성은 오늘날의 기존 컴퓨터의 범위를 넘어서며 양자 컴퓨터 테스트에 매우 적합합니다.

제약 회사. Accenture Labs는 양자 소프트웨어 회사인 1QBit과 파트너십을 맺었습니다. 단 2개월 만에 그들은 원자 수준에서 복잡한 분자 상호 작용을 모델링하는 애플리케이션을 사용하여 연구에서 개념 증명으로 전환했습니다. 양자 컴퓨팅의 힘 덕분에 이제 더 큰 분자를 분석하는 것이 가능해졌습니다. 이것이 사회에 무엇을 줄 것인가? 부작용이 가장 적은 혁신적인 약물입니다.

금융 부문. 양자 이론의 원리에 기초한 기술은 점점 더 은행의 관심을 끌고 있습니다. 그들은 거래, 거래 및 기타 유형의 데이터를 가능한 한 빨리 처리하는 데 관심이 있습니다. Barclays와 JP Morgan Chase(IBM 소속), NatWest(Fujitsu 소속)는 이미 특수 소프트웨어 개발 실험을 진행하고 있습니다.

이러한 대기업의 수용과 진취적인 양자 개척자의 출현은 양자의 상업적 생존 가능성에 대해 많은 것을 말해줍니다. 우리는 이미 에너지 효율성 개선부터 차량 경로 최적화에 이르기까지 양자 컴퓨팅이 실제 문제에 적용되는 것을 보고 있습니다. 그리고 중요한 것은 기술이 발전할수록 그 가치도 높아진다는 것입니다.

출처 : habr.com