Subject :Computer ArchitectureProfessor :Announcer :양자정보기술 [Quantum Information Technology] 양자역학계의 특징인 불확정성, 중첩, 간섭, 얽힘 등을 이용하여 지금까지와는 근본적으로 다른 방식으로 정보를 처리하고, 전송하는 일련의 방법 및 기술이다.양자 컴퓨터 [ Quantum Computer ] 양자컴퓨터는 양자역학계에 정보를 구현하고 그 정보에 적절한 조작(operation)을 가하여 연산을 수행하는 물리적 시스템을 의미한다. 양자컴퓨터에서도 적절한 two level system을 선택하여 시스템이 두 레벨 중 어디에 있는가로 2진 정보를 표현한다. (기존 컴퓨터의 0 과 1) 많은 숫자를 동시에 입력 받아 동시에 계산하므로 초고속 연산이 가능하며 주로 기초 과학 연구시 널리 활용되고 있다.양자 컴퓨터의 원리 - 원자의 상태를 0, 1, 또는 0과 1을 동시에 갖는 상태 등 세 가지 상태 중 하나로 본다. - 양자 역학의 기본 법칙에 따르면, 이렇게 원자 하나가 양자 컴퓨터에 추가 될 때마다, 컴퓨터의 계산 능력은 두 배로 뛰게 된다. - 원자 하나는 두 가지 연산을 동시에 수행할 수 있고, 두 개의 원자는 네 가지 계산을, 세 개의 원자는 여덟 가지 계산을 수행하는 등, 연산 능력의 증가세는 지 수적이기 때문에 폭발적으로 늘어나게 된다.1985년 임의의 양자계 에 대해 임의의 단일적 작업 을 만들 수 있는 간단한 작업 이 존재함을 보임으로써 양자 컴퓨터를 구성하는 것이 가능함을 증명하였다. 1989년 큐빗, 양자게이트, 양자회로망 같은 중요한 개념을 제안함으로써 양자컴퓨터의 청사진을 그려내었다.- 기존 PC 와의 차이점- 비트의 수가 보존된다. - 가역적이다. - 정보는 공간적으로 같은 곳(qubit)에서 시간의 흐름에 따라 연산된다.- 비트는 추가 또는 제거 비가역적이다. 게이트는 공간적으로 구성된 전선과 트랜지스터의 조합, - 정보는 공간적으로 지나가면서 연산양자 컴퓨터의 활용 범위▶다음 분야에 유용 - 암호의 해독 - 통계분석 - 큰 수의 인수분해 - 이론 물리학 문제의 해결 - 많은 변수들이 개입된 최적화 문제해결 - 소인수분해를 쉽게 할 수 있는 알고리즘 (RCA 공개키 인증방식이 소인수분해의 어려움을 이용해 만든 암호방식으로 양자 컴퓨터로 몇 일이면 풀어낸다.) ※ 빠른 연산속도가 필요한 분야에 사용된다.▶정보를 구현할 수 있어야 한다. 큐빗을 무엇으로 사용하느냐의 문제로 스핀 1/2입자의 스핀상태. 빚의 편광상태 등이 이용되고 있으며 이들은 중첩과 같은 양자 역학적 특징을 가질 수 있어야 한다. ▶연산을 위한 초기 상태의 준비가 가능해야 한다. 초기 상태의 준비는 특정한 순수상태를 만들어 내는 것으로 보통 양자계는 실온에서 열 평형 상태의 혼합상태에 있게 되므로 온도를 매우 낮추어 바닥 상태로 만들어야 하는 문제점이 있다. ▶연산결과를 읽어낼 수 있어야 한다. 연산의 결과를 읽어 내는 적절한 방법이 존재해야 한다는 것으로 양자계의 경우 적적한 해밀토니안을 이용하여 연산결과를 표현할 수 이어야 한다.양자 컴퓨터의 필요 조건기존의 컴퓨터의 최소단위는 비트(bit)로 0또는 1의 한 값을 가지게 되지만. 양자전산에서는 양자비트(quantum bit) 또는 큐빗(qubit)이라는 최소단위를 사용한다. 큐빗은 0또는 1의 값뿐만 아니라 0과 1을 동시에 지닐 수 있다. 즉, 양자역학의 중첩의 원리에 의해 수행된다. 두 개의 큐빗은 네 개의 상태(00, 01, 10, 11)를 동시에 공유한다. 얽힘 현상이 나타나기 때문이다.큐 빗 (Qubit)레이저를 통한 큐빗 설정Shor`s Algorithm : Shor는 함수의 주기를 구하는 알고리즘을 고안했고 이를 이용하여 정수를 단시간에 소인수 분해함으로써 큰 수의 소인수분해가 가능하게 되어 현재 쓰이는 RSA라는 암호체계를 더 이상 사용할 수 없도록 한다. Grover`s Algorithm : Grover의 알고리즘은 정렬되지 않은 자료를 최대 n번의 연산으로 특정 값을 찾아내는 알고리즘을 보였다. 즉 데이터베이스에서 특정조건을 만족하는 항목을 찾는 양자 알고리즘 이다.▶ 최근의 암호 : 공개열쇠 방식 이 암호체계에서는 나에게 암호문을 보내고 싶은 사람이 사용해야 할 숫자들을 공개적으로 밝힌다. 이 숫자들을 이용하여 만들어진 암호는 나만이 해독할 수 있으며 암호문을 보낸 사람조차도 원문을 분실하면 재생할 수 없다. 이는 소인수분해를 이용한 것이다. ▶ 양자암호전달체계 : 양자암호에서는 열쇠를 이론상 도청이 불가능한 방식으로 전달한다. 예를 들어 대각방향으로 편광된 빛을 수직 또는 수평방향의 편광판을 통과시키면 광자가 통과할 확률과 통과 못할 확률이 반반이라는 사실을 이용하여 열쇠를 안전하게 전달할 수 있다.Quantum Parallelism : 2 qubit은 4 가지 상태, 3 qubit은 8가지상태, 4qubit 은 16가지 상태를 동시에 가지게 된다.(2^n) 이런 성질을 이용하여 고전 컴퓨터로 각각의 상태에 연산을 수행하는 것이, 양자 컴퓨터에서는 여러 가지 상태를 동시에 연산하는 것으로 대신할 수 있다.-소인수 분해 적용을 통한 암호해독 -Parallelism 은 비약적인 속도향상을 시켜주는 중요한 요소과학선진국에서는 모두 국가적 차원에서 지원 이 분야 연구비는 1995년부터 지수적으로 증가 미국의 1999년도 공식적 지원비 = 2000만$ 인도, 중국, 호주 등도 국가적 차원에서 지원Shor 의 알고리즘세계적 시점의 Quantom Computing 의 현재- 국내 실정 국내 나노기술은 선진국과 상당한 기술 격차 선진국과 같은 대규모의 지원과 투자를 기대할 수 없는 상황국제 협력. 해외연구기관 교류.-선진 나노기술 정보의 습득 및 체계화된 DB구축 -나노 기술 정보 선진화양자전산이 실제 하드웨어 구현은 1995년 미국 표준연구소에서 이온 덫을 가지고 처음 실현하였고 1997년 핵 자기 공명(NMR)을 이용한 구현이 보고되었다. 현재까지는 NMR을 이용한 방법이 가장 성공적이었다. 양자정보통신의 각 분야기술이 아직은 기초연구 수준 세계적으로 그 중요성을 인식 및 대규모 투자 외국의 기술 발전 추세에 대처할 수 있는 기반 기술을 확보하는 연구를 지속적으로 수행할 필요가 있다.중요성 : 양자컴퓨터가 기존의 컴퓨터로는 실제적으로 풀지 못하는 문제를 쉽게 풀 수 있다는 사실만으로도 이 분야의 중요성은 충분하다. 양자전산기술 과 양자 정보전송기술은 양자역학을 본격적으로 이용하는 기술로서 현재의 정보처리기술의 전체를 뒤바꿀 만큼 커다란 의미를 갖는다. 양자 컴퓨터의 한계 양자 컴퓨터는 계산 난이도에 관한 한 고전 컴퓨터를 능가하지만, 고전 컴퓨터로 아무리 많은 시간이 걸려도 풀지 못하는 문제는 양자 컴퓨터를 이용해도 풀 수 없다 (계산 난이도 또는 계산 복잡도와 계산 가능성의 구별)전세계는 지금 도청을 막고 뚫으려는 '암호전쟁' 중이다. 현재의 암호들은 소인수분해를 이용한 RSA 방식으로 제작된다.양자 컴퓨터 양자컴퓨터의 이론적 바탕인 양자(quantum) 물리학을 이용하면 아무도 풀 수 없는 암호도 만들 수 있다. ※ 세상에서 가장 강력한 창과 방패가 모두 양자를 통해 나오는 것이다.Subject :Computer ArchitectureProfessor :Announcer :{nameOfApplication=Show}
