양자컴퓨터는 결국 무엇을 할 수 있게 되는 걸까?

양자컴퓨터는 결국 무엇을 할 수 있게 되는 걸까?

==【구글 검색의 구조도 이해할 수 있다】==

 

 

 

양자컴퓨터가 우리의 미래를 바꾸는 날은 사실 바로 눈앞까지 다가와 있다.

그렇기 때문에 지금이야말로 양자컴퓨터에 대해 아는 것이 큰 의미를 갖는다. 그것은 단순한 전문 기술이 아니라, 앞으로의 세계를 이해하고 그 속에서 자신이 어떤 입장으로 어떻게 관여할지를 생각하기 위한 ‘새로운 교양’이기 때문이다.

『교양으로서의 양자컴퓨터』에서는 최전선에서 연구를 이끌고 있는 오사카대학교 교수 후지이 케이스케가 물리학, 정보과학, 비즈니스의 관점에서 양자컴퓨터를 쉽고도 흥미롭게 설명한다. 이번에는 양자컴퓨터가 무엇을 할 수 있는지에 대해 일부를 발췌해 소개한다.

 

● 양자컴퓨터는 무엇을 할 수 있는가

 

양자컴퓨터는 양자역학적 성질을 최대한 활용함으로써 계산의 구조 자체를 재검토하고, 이를 통해 고속화를 도모한다.

따라서 우리가 지금 컴퓨터로 수행하고 있는 범용적인 처리들이 10배 빨라진다거나, 메모리와 같은 저장 용량이 늘어난다는 의미는 아니다.

 

양자컴퓨터는 특정한 구조를 지닌 문제에 대해, 양자 특유의 계산 기법을 사용함으로써 기존 컴퓨터로는 수만 년이 걸려도 풀 수 없는 문제의 해답을 찾아내는 것을 목표로 한다.

 

그러한 양자 가속이 얻어지는 대표적인 문제들에 대해, 그 구조를 살펴보자.

여기서는 방대한 패턴의 중첩을 가능하게 하는 양자의 특성을 가장 직접적으로 활용하는 ‘그로버의 양자 탐색 알고리즘’을 소개한다.

예를 들어, N개의 데이터가 들어 있는 데이터베이스에서 어떤 조건에 맞는 데이터를 찾는 상황을 생각해 보자.

인터넷 검색처럼, 키워드에 맞는 정보를 찾아내는 작업을 떠올리면 된다.

 

● 구글 검색의 구조

 

이러한 상황에서 고전 컴퓨터는 데이터베이스에 몇 번이나 접근해야 원하는 데이터를 찾을 수 있을까?

구글 검색에서는 구글의 창업자인 래리 페이지와 세르게이 브린이 개발한 ‘페이지랭크(PageRank)’라는 웹페이지 중요도 평가 기법을 사용하고 있다.

인터넷상의 페이지에 순위를 매기고, 상위 페이지부터 우선적으로 탐색함으로써 웹페이지를 빠르게 표시한다.

 

한편, 이러한 구조를 갖지 않은 데이터베이스에서 데이터를 하나씩 선택해 그것이 목표인지 여부를 확인하며 검색하는 경우에는, 데이터 수 N에 비례하는 질문 횟수가 필요하다.

즉, 1만 개의 데이터 중에서 원하는 것을 찾으려면 최악의 경우 1만 번, 평균적으로도 5000번의 확인이 필요하다는 뜻이다.

그로버의 양자 탐색 알고리즘에서는 양자의 ‘중첩’이라는 성질을 이용해 모든 데이터를 동시에 다루는 것과 같은 상태를 만들어낼 수 있다.

이 상태에서 조건에 맞는 데이터에 ‘표식’을 붙이고, 그 표식들이 간섭하도록 함으로써 목표 데이터의 확률만을 점차 높여갈 수 있다.

이 과정을 몇 차례 반복하면, 최종적으로는 목표 데이터가 높은 확률로 나타나게 된다. 놀랍게도 이 반복 횟수는 N의 제곱근 정도면 충분하다고 알려져 있다.

즉, 고전 컴퓨터에서는 최악의 경우 1만 번의 확인이 필요했던 탐색이, 양자컴퓨터에서는 약 100번 정도로 가능해진다는 것이다.

 

※ 본 글은 『교양으로서의 양자컴퓨터』에서 일부를 발췌·편집한 것입니다.

 

* 글=후지이 케이스케(藤井啓祐)

* 자료출처=다이이몬드 온라인

* 일본어원문=【Google検索の仕組みもわかる】量子コンピュータって結局何ができるようになる の？

* 출처=https://diamond.jp › ... › 教養としての量子コンピュータ

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