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2002/03/12(17:10) from 61.84.234.18
작성자 : 강줄기 (jkkang65@hanmail.net)	조회수 : 2919 , 줄수 : 11

Re: 양자컴퓨터? - 두번째

이런 기술적인 이유와 함께 학문적인 이유도 있다. 사실 인류의 모든 지식이 그렇듯이 양자 컴퓨터도 어느날 갑자기 튀어나온 개념이 아니다. 굳이 최초의 시작을 더듬자면 IBM 연구소에 있던 란다우(R. Landauer)의 연구를 시작의 한 갈래로 꼽을 수 있다. 당시에 그는 컴퓨터의 연산모델이 비가역적이라는 것에 관심을 갖고 있었다. 비가역적이라는 것은 거꾸로 되돌릴 수 없다는 말이다. 간단한 AND 연산을 생각해 보자. 두 개의 입력을 받아서 두 값이 모두 1이면 1을 출력하고 그렇지 않으면 0을 출력하는 연산으로, 이 연산의 출력값만 봐서는 입력값을 알 수가 없다. 출력이 1일 경우 입력은 모두 1임을 유추할 수 있지만 출력이 0이면 입력이 0과 1인지, 1과 0인지, 모두 0인지 알 수 없기 때문에 이를 비가역적이라고 부른다. 란다우는 이것의 의미를 깊이 고찰해 비가역적 과정에서는 반드시 엔트로피가 증가하고, 그것은 열을 발생시킨다는 사실을 밝혀냈다. 물론 지금의 CPU에서 발생하는 열은 비가역적 연산과정에서 필연적으로 발생하기보다는 CPU를 이루는 내부 회로의 저항으로부터 발생한다. 하지만 이 저항으로부터 발생하는 열을 기술적으로 없앤다고 해도, 매우 고밀도로 집적된 비가역 회로에서는 필연적으로 열이 발생하고 이는 연산 한 번에 회로를 몽땅 태우는 결과를 초래할 수도 있다. 이러한 의문에 대해 IBM 연구소의 베넷(C. Bennett)이 논리적으로 가역적인 연산모델을 제시함으로써 해결책을 제시했다. 그런데 양자 역학의 지배를 받는 세계는 근본적으로 가역적인 성질을 갖는다. 따라서 베넷의 가역적인 연산모델을 구현하기 위한 좋은 방법으로 양자 역학 모델을 생각하게 된 것이다. 또 다른 시작은 노벨상을 받은 미국의 물리학자 파인만(R. Feynman)에 의해서다. 그는 컴퓨터를 이용해 양자 역학적인 시스템을 시뮬레이션 하는 것이 매우 어렵다는 사실에 착안했다. 왜냐하면 양자 역학적인 시스템에서는 시뮬레이션 하려는 입자가 하나 증가할 때마다 필요한 변수의 개수가 몇 배로 증가하기 때문이다. 이에 대해서는 조금 후에 다룰 것이다. 따라서 입자가 100개 있는 양자 시스템을 시뮬레이션 하기 위해서는 변수가 대략 2100 = 1030개만큼 필요한데 이는 사실상 불가능한 일이다. 파인만은 이를 거꾸로 생각했다. 컴퓨터는 고전적인 시스템이며, 이것을 이용해 양자 시스템을 시뮬레이션 하는 것이 어려우면 양자 시스템을 이용해 다른 양자 시스템을 시뮬레이션 하면 될 것이라고 말이다. 발상의 전환을 시도한 것이다. 그런데 이것은 고전 시스템에 비해 양자 시스템은 정보를 다룰 수 있는 양이나 능력이 훨씬 방대하다는 것을 의미하며, 한 양자 시스템을 이용해 다른 양자 시스템을 시뮬레이션 한다는 것은 이미 양자 컴퓨터의 개념을 내포한다고 할 수 있다. 이러한 일련의 과정을 거쳐 덧취(D. Deutsch)가 1980년대에 이르러 양자 컴퓨터라는 개념을 정립했고, 그 이후에 유용한 양자 알고리즘이 발표되면서 양자 컴퓨터는 1995년 이후에 활발히 연구되기 시작했다. 양자 역학의 세계 본격적으로 양자 역학의 세계로 들어가기 위해 우선 고양이를 한 마리 생각해 보자. 고양이의 '상태'는 화가 났다거나, 기분이 좋다거나 하는 여러 가지를 생각할 수 있지만, 알기 쉽고 비교적 정의가 분명한 '살아있다(1)'와 '죽었다(0)'의 두 가지 경우만을 고려한다. 즉 죽어간다든지 거의 죽었다든지 죽을 둥 말 둥 한 상태는 생각하지 않기로 한다. 따라서 '고양이는 어떤 상태입니까'라는 질문에 여러분은 '살아있다 혹은 죽었다'는 대답만을 할 수 있다. 이 대답을 |cat> = |1> 또는 |cat> = |0>이라고 쓰자. | >의 표시는 단순히 '상태(state)'를 의미한다. 이것이 고전 역학(classical mechanics)의 세계이고, 우리가 쉽게 느끼고 있는 세상이다. 그런데 여기에 양자 역학의 지배를 받는 양자 고양이가 한 마리 있다. 물론 양자 역학은 원자 단위의 미시적인 세계에서 그 성질이 지배적으로 나타나지만 쉽게 양자 고양이가 있다고 가정하자. 이 양자 고양이의 상태는 보통 a|0> + b|1>과 같이 쓰여진다(a와 b는 제곱해서 더하면 1이 되는 수이다). 양자 고양이의 상태는 보통 고양이처럼 |1> (a=1, b=0) 또는 |0> (a=0, b=1)일 수도 있다. 하지만 |cat> = (|0> + |1>)/와 같은 경우도 있다. 그렇다면 이 상태는 도대체 무엇을 의미하는가. 죽은 것도 아니고, 산 것도 아니다. 반쯤 죽은 상태인가 하면 그것도 아니고, 허리 아래는 죽고 그 위는 살아있는 상태인가 하면 이것 역시 아니다. 이미 우리는 '살아있다'와 '죽었다'의 두 가지 경우만 생각하기로 하지 않았던가. 양자 역학에서는 이를 고양이로 관측했을 때 살아있을 확률이 1/2, 죽어있을 확률이 1/2인 상태라고 '해석'한다. 그럼 관측하기 전에는 어떤 상태일까. 관측하기 전에는 '관측을 한다면 살아있을 확률과 죽어있을 확률이 1/2인 상태"에 있는 것이다. 사실 똑같은 질문이기 때문에 똑같은 답이 나왔지만, 잠시 시간을 두고 이 해석을 생각해 보기 바란다. 이 말에는 양자 역학의 가장 중요한 몇 가지 가정이 담겨있다.

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