용어집

양자 컴퓨팅 용어집

22개의 양자 컴퓨팅 용어에 대한 평이한 한국어 정의. 큐비트에서 양자 우위까지, 수학 학위 불필요.

Written by

Sohum Thakkar

CEO, Qolour

큐비트(양자 비트): 양자 정보의 기본 단위. 0 또는 1인 고전 비트와 달리, 큐비트는 0과 1의 중첩 상태로 동시에 존재할 수 있습니다. 물리적으로 큐비트는 초전도 회로, 포획된 이온, 광자, 또는 기타 두 준위 양자계로 만들 수 있습니다.
중첩: 양자계가 여러 상태의 조합으로 한 번에 존재할 수 있는 능력. 중첩 상태의 큐비트는 0도 1도 아닙니다 — 각각에 대한 확률 진폭을 가집니다. 측정되면 중첩은 진폭에 의해 결정되는 확률로 단일 고전 결과로 붕괴합니다.
양자 얽힘: 두 개 이상의 입자 사이의 양자 상관관계로, 그들의 상태를 독립적으로 기술할 수 없게 만듭니다. 하나의 얽힌 입자를 측정하면 즉시 다른 입자의 측정 결과가 결정됩니다. 멀리 떨어져 있어도 마찬가지입니다. 양자 얽힘은 양자 순간이동, 양자 키 분배, 많은 양자 알고리즘을 가능하게 하는 자원입니다.
블로흐 구: 단일 큐비트 상태를 3D 구의 표면 위의 점으로 기하학적으로 표현한 것. 북극은 |0⟩, 남극은 |1⟩, 다른 모든 점은 중첩을 나타냅니다. 블로흐 구는 양자 컴퓨팅 교육에서 가장 일반적인 시각화 도구입니다.
양자 게이트: 하나 이상의 큐비트 상태를 변환하는 연산. 양자 게이트는 (대부분의 고전 논리 게이트와 달리) 가역적이며 유니터리 행렬로 표현됩니다. 일반적인 게이트로는 아다마르(H), 파울리-X/Y/Z, CNOT, 그리고 회전 게이트 Rx, Ry, Rz가 있습니다.
양자 회로: 큐비트에 적용된 양자 게이트의 시퀀스로, 측정으로 끝납니다. 양자 회로는 양자 컴퓨터 프로그래밍의 최저 수준 추상화입니다 — 어셈블리 언어 프로그램의 양자 등가물입니다.
측정: 큐비트의 고전 상태를 읽어내는 행위. 측정은 큐비트의 중첩을 0 또는 1로 붕괴시키며, 확률은 양자 상태 진폭의 제곱으로 주어집니다. 큐비트가 측정되면 원래의 중첩은 사라집니다.
보른 규칙: 양자 상태에서 특정 결과를 측정할 확률을 주는 규칙. 큐비트가 α|0⟩ + β|1⟩ 상태에 있다면, 0을 측정할 확률은 |α|²이고, 1을 측정할 확률은 |β|²입니다. 1954년 노벨 물리학상을 받은 Max Born의 이름을 따서 명명되었습니다.
결어긋남: 양자계가 환경과의 상호작용으로 인해 양자 속성(중첩과 양자 얽힘)을 잃는 과정. 결어긋남은 대규모 양자 컴퓨터를 만드는 주요 장애물입니다 — 양자 상태를 유지하려면 큐비트가 열, 진동, 표류 전자기장으로부터 격리되어야 합니다.
양자 오류 정정(QEC): 하나의 논리 큐비트를 많은 물리 큐비트로 인코딩해 결어긋남과 게이트 오류로부터 양자 정보를 보호하는 일련의 기법. 일반적인 코드로는 Shor 코드, Steane 코드, surface 코드가 있습니다.
아다마르 게이트(H 게이트): 동일한 중첩을 만드는 단일 큐비트 게이트. |0⟩에 적용하면 (|0⟩ + |1⟩)/√2를 만들어냅니다. 아다마르 게이트는 양자 알고리즘의 일꾼이며 거의 모든 양자 회로의 시작에 등장합니다.
CNOT 게이트(Controlled-NOT): 첫 번째(제어) 큐비트가 |1⟩ 상태일 때만 두 번째(대상) 큐비트를 뒤집는 두 큐비트 게이트. CNOT는 가장 일반적인 얽힘 게이트이며, 단일 큐비트 회전과 결합되어 양자 컴퓨팅에 보편적입니다.
벨 상태: 네 가지 최대로 얽힌 두 큐비트 상태 중 하나. 네 가지 벨 상태는 두 큐비트 힐버트 공간의 기저를 이루며 양자 얽힘의 가장 단순한 예입니다. 아다마르 게이트에 이어 CNOT를 적용해 생성됩니다.
양자 우위(양자 이점): 고전 컴퓨터가 어떤 합리적인 시간 내에 풀 수 없는 문제를 양자 컴퓨터가 풀 수 있는 지점. Google은 2019년에 Sycamore 프로세서로 무작위 회로 샘플링 작업에서 양자 우위를 주장했습니다.
쇼어 알고리즘: 1994년 Peter Shor가 개발한 양자 알고리즘으로, 알려진 최고의 고전 알고리즘보다 기하급수적으로 빠르게 큰 정수를 소인수분해합니다. 쇼어 알고리즘은 RSA 암호학을 위협하며 양자 내성 암호의 핵심 동기 중 하나입니다.
그로버 알고리즘: 1996년 Lov Grover가 개발한 양자 알고리즘으로, 정렬되지 않은 N개 항목의 데이터베이스를 O(√N) 연산으로 검색합니다. 최고의 고전 알고리즘보다 제곱 빠릅니다. 많은 다른 양자 알고리즘에서 서브루틴으로 사용됩니다.
BB84: 1984년 Charles Bennett와 Gilles Brassard가 발명한 최초의 양자 키 분배 프로토콜. BB84는 두 당사자가 물리학 법칙에 의해 보안이 보장되는 비밀 암호화 키를 공유할 수 있게 해 줍니다 — 어떤 도청자든 반드시 탐지됩니다.
CHSH 부등식: 모든 고전 이론이 만족해야 하는 수학적 부등식(Clauser–Horne–Shimony–Holt). 양자역학은 CHSH 부등식을 위반하며, 실험적 위반은 우주가 국소 숨은 변수로 기술될 수 없음을 증명합니다. 2022년 노벨상은 이것을 실험적으로 검증한 데 대해 수여되었습니다.
NISQ(잡음 있는 중간 규모 양자): John Preskill이 명명한 용어로, 현재 양자 컴퓨팅 시대를 기술합니다: 수백에서 수천 개의 큐비트, 그러나 상당한 잡음과 완전한 오류 정정 없음. NISQ 디바이스에는 IBM의 Eagle 및 Heron 프로세서와 IonQ의 이온 트랩 기계가 포함됩니다.
양자 순간이동: 공유된 얽힌 쌍과 두 비트의 고전 통신을 사용해 알려지지 않은 양자 상태를 한 위치에서 다른 위치로 전송하는 프로토콜. 이름에도 불구하고 물질이나 에너지는 순간이동하지 않습니다 — 오직 양자 정보만 전송됩니다.
파동함수: 시스템의 양자 상태에 대한 수학적 기술. 파동함수는 보른 규칙을 통해 가능한 모든 측정 결과의 확률을 계산하는 데 필요한 모든 정보를 담고 있습니다.
파울리 연산자(파울리 행렬): Wolfgang Pauli의 이름을 딴 세 가지 단일 큐비트 게이트(X, Y, Z) 집합. X는 NOT의 양자 유사체이고(|0⟩ ↔ |1⟩을 뒤집음), Y는 뒤집기와 위상을 결합하고, Z는 |1⟩의 위상을 뒤집습니다. 항등과 함께 그들은 모든 단일 큐비트 연산의 기저를 이룹니다.

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