[암호화폐가 100% 망한다고? 양자 컴퓨터와 블록체인 보안 이야기] Chapter 1. 양자 컴퓨터! 도대체 일반 컴퓨터랑 뭐가 다른 거야?
안녕하세요. 훈하니 @hunhani입니다.
여러분께서 Chapter 0. 서론을 통해 보여주신 관심과 성원에 감사드립니다. 앞으로도 기대에 부응할 수 있도록 최선을 다하겠습니다.
Chapter 1. 양자 컴퓨터! 일반 컴퓨터랑 뭐가 다른 거야?에서는 일반 컴퓨터와 비교하여 양자 컴퓨터의 기본 원리에 대해 알아보는 시간을 갖겠습니다.
많은 분들이 양자 컴퓨터를 단순히 빠른 컴퓨터 정도로만 알고 계십니다.
그러나 양자 컴퓨터는 단순히 빠른 연산이 가능한 컴퓨터라고만 할 수는 없습니다. 연산 체계 자체가 기존의 컴퓨터와 전혀 다른 방식으로 작동하는 컴퓨터입니다.
우리가 일반적으로 사용하는 개인용 컴퓨터는 물론 현존하는 최고 성능의 슈퍼 컴퓨터 역시 고전적인 정보처리 방식을 따릅니다. 고전적인 정보처리 방식에서는 모든 상태의 결정과 변화가 일의적(一義的)으로 진행됩니다. 쉽게 설명하자면, 기본적으로 한 번에 한 단계씩만 연산이 가능한 방식이라고 할 수 있습니다. 이 경우 연산의 최소 단위인 비트가 0과 1로 이루어지지요. 비트는 한 번에 0 혹은 1 둘 중 어느 하나만 허용되고 동시에 둘 다를 가질 수가 없습니다.
▲ IBM 슈퍼 컴퓨터 블루진 (Blue Gene)
슈퍼 컴퓨터는 프로세서 여러 대를 연결하여 한 번에 많은 연산을 처리하도록 구성하는 병렬컴퓨팅 방식을 이용하여 일의적인 연산 능력 자체를 극대화했습니다. 기존 프로세서의 아키텍처와 알고리즘을 개선한 것이라고 할 수 있지요. 그러나 아무리 그 성능이 좋다고 할지언정 각 프로세서 개별적으로 보면 여전히 일의적 연산을 진행하기에 정보처리 속도의 한계가 분명히 존재합니다.
양자 컴퓨터는 그 구조와 방식이 본질적으로 다른데요.
양자 컴퓨터는 모든 가능한 상태가 중첩되어 얽혀 있는 상태를 이용합니다. 이게 대체 무슨 말일까요! 중첩이니 얽힘이니 단어 자체가 어렵기만 하지요? 좀 더 풀어서 설명해보겠습니다.
양자 상태는 여러 가지 고유값을 가지는 서로 다른 고유 상태가 중첩되어 존재하는데요. 양자역학적으로 측정 혹은 섭동 행위는 중첩되어 존재하는 양자 상태를 붕괴시켜 허용된 고유상태 중 특정한 하나로 확정되도록 합니다. 여기서 고유 상태 중 어떤 상태로 확정될지는 아무도 알 수 없습니다. 다만 확률적으로 추정할 수만 있지요.
요약하자면 다음과 같습니다.
- 자연 현상은 확률의 지배를 받는다.
- 측정 혹은 섭동 행위 자체가 상태에 영향을 미친다.
이를 바탕으로 용어를 정의해보겠습니다.
- 양자 중첩 (quantum superposition) : 어떤 입자가 에너지 또는 위치와 관련하여 가질 수 있는 모든 가능한 상태들로 동시에 존재하는 양자역학적 특성.
- 양자 얽힘 (quantum entanglement) : 둘 이상의 양자 상태를 밀접하게 연관시켜 서로 엮어 놓은 상태. 얽힘 상태의 양자들은 서로 분리된 물리계에서도 어느 한쪽의 상태가 결정되면 다른 쪽 상태도 그 결과에 따라 필연적으로 결정되는 현상을 보인다.
둘 이상의 입자가 있을 때 상태들의 중첩에 의해 얽힘이 야기되는데요. 이는 양자역학에서 가장 핵심적인 현상이자 양자 컴퓨터 작동원리를 이해하는 첫 걸음입니다.
다음 시간에는 양자 중첩과 양자 얽힘이 야기하는 자연의 마법 같은 현상들, 특히 양자 상태의 측정과 양자 순간이동에 대하여 다뤄보겠습니다.
쉽고 재미있게 전달해드리고 싶은데 어려운 주제를 다루다보니 혹시나 내용을 벅차게 느끼고 계시지는 않을까 걱정이 앞섭니다. 댓글로 질문을 달아주시면 제가 설명할 수 있는 범위에서 최대한 쉽고 간결하게 답변해드리도록 하겠습니다.
다음 Chapter를 소개 합니다.
Chapter 2. 놀라운 자연의 마법, 양자 중첩/얽힘/순간이동
많이 기대해주세요!
지난 이야기
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- 본문에서 사용된 모든 이미지는 구글 이미지에서 가져왔음을 밝힙니다.
# YHH
뭔가 새로운 세계에 들어선듯한 느낌이네요 :)
그렇다고 이해했다는 뜻은 아닙니다 ㅠㅠ
제가 새로운 세계로 안내하는 역할을 한 것인가요? 영광입니다 ㅎㅎ 어려운 내용이 맞습니다만 최대한 쉽게 전해드릴 수 있도록 노력하겠습니다.
Great work
I followed you
Thanks for following!
You're welcome , Can you see my articles and upvoted ?
Sure. I'll check it out.
오늘은 그래도 좀 낫군요. 제 머리가 좀 나아진걸까요? ㅎㅎ
물리학도 시리즈 늘 감사합니다!
제가 그동안 충분히 쉽게 표현하지 못한 탓이 큰 것 같습니다~ 늘 관심 있게 지켜봐 주셔서 감사합니다 ㅎㅎ 대중들이 쉽게 접하고 이해할 수 있는 내용 전해드리도록 노력하겠습니다!
아닙니다. ^^ 제 작은소리라도 이해해주셔서 감사합니다~
좋은 글 잘 읽었습니다^^저에겐 아직 어렵지만 포스팅 보면서 차차 공부해보겠습니다. 팔로우요청드려요^^
스팀잇 티셔츠 이벤트 응모할때부터 이미 팔로우하고 있었답니다 ㅎㅎ 쉽고 재미있게 풀어나가 보겠습니다~
개념 설명 많이 들어도 어렵네요
팔로우 보트하고 갑니다
팔로우 감사드립니다. 더 쉽게 전해드릴 수 있도록 노력하겠습니다!
글 잘읽었습니다! 궁금한점이 있는데 여쭤봐도 될까요? ㅎㅎ심지어 두가지인데,
양자중첩적인 특성을 이용하면 기존에 쓰이던 0,1로만 구성된 디지털 체계를 0~n까지 이용한 체계로 바꿀 수 있다는 것으로 이해를 하면 되나요?
양자얽힘은 가끔씩 듣는 단어이긴합니다. 두 개의 물리계를 상당히 먼거리에 두고, 얽혀있는 하나의 양자상태를 바꿔주면 필연적으로 다른쪽도 변하게 되는데, 이게 상대성이론의 '빛의속도는 어떠한 것보다 빠르다'는 기본전제를 뒤흔들 수 있다고 들었는데 그렇게 되면 딜레마가 생깁니다.. 양자얽힘의 정보송신속도가 빛의 속도인건가요?
(1) 양자 상태가 중첩될 수 있음을 이용하여 n개 이상의 양자를 서로 얽힘 상태로 만들면 이를 n개의 큐비트로 이용하는 것은 맞습니다. 하지만 이러한 양자 중첩/얽힘 상태의 큐비트를 이용하면 수 천만 가지 경우의 연산을 통해 평균값을 알아내려는 경우, 단 한 번의 연산으로 평균값을 바로 찾아낼 수 있다는 의미이며, 수 천만 가지 각각의 개별 연산 값을 한 번에 찾는다는 의미가 아니라는 것을 명심해야 합니다. 이에 관하여 Chapter 3 쯤에서 자세히 다룰 예정입니다.
(2) 중요한 질문을 해주셨습니다. 결론부터 말하자면 양자 얽힘은 국소성의 원리 자유롭습니다. 즉, 하나의 입자의 상태가 다른 입자의 상태를 즉시 결정할 수 있음을 의미합니다. 빛의 속도로 전달되는 것도 아니고 시행 그 즉시 발현되는 것입니다. 순간이동과 같습니다. 마침 Chapter 2 가 이에 관한 내용입니다.
chapter 2 기다려야겠네요 ㅎㅎ 답글 감사합니다!
어렵지만 흥미로운 이야기네요ㅎㅎ
다음 편에는 어려움보다 흥미가 더 커질 수 있도록 노력하겠습니다 ㅎㅎ
글 잘읽고갑니다 ㅎㅎ 역시 이런분야는 어렵습니다 ㅠㅠ
어려운 분야라도 쉽게 전해드릴 수 있도록 최선을 다하겠습니다!
좋은 글 감사드립니다. 열심히 읽어야겠어요 ㅎㅎ
관심있게 봐주셔서 감사합니다! 열심히 읽어주시는만큼 쉽게 전해드릴 수 있도록 저도 더 열심히 하겠습니다!
좋은 글 감사합니다!
재밌게 봐주셔서 감사합니다~