반도체를 이용한 양자계산에의 도전(Challenges for Quantum Computing with Solid State Device)

전문가 제언

□ 기존의 본 노이만 컴퓨터구조는 큰 규모의 계산을 할 때 메모리와 CPU 간 통로를 통해 데이터가 끈임 없이 펌프질하며 교환해야하는 약점이 있다. 이 구조에서 큰 계산의 속도를 높이기 위해서는 메모리 용량, 속도, 통로를 늘리는 문제 등이 가로놓여있고 이들에는 한계성이 있다. 이에 대한 대안으로 양자 컴퓨터는 많은 변수를 큐빗으로 구성된 초 상태로 나타내어 양자역학적 작용을 통해 동시에 처리함으로써 수천 비트에 해당하는 수의 연산도 일정시간 내에 가능케 할 수 있다.

□ 양자계산의 진정한 매력은 정보를 큐빗으로 구현하고 큐빗의 상태를 파동함수로 나타내고 한편 파동함수의 여러 조합들을 초 상태로 나타냄으로써 대량계산을 가능케 한다는 점이다. 이들은 자기공명이란 양자역학 작용으로 계산이 이루어지므로 장치가 정상이란 가정 하에서는 엄청난 위력을 발휘할 수 있다. 이들 큐빗, 파동함수, 초 상태로 이루어진 양자계산의 골격은 NMR이 핵 회전을 백만분의 1 정확도로 21 주기로 통제할 경우 64큐빗인 경우 대략 정도의 정보이고 이는 Pentium IV로 10억년 걸리는 계산을 양자계산으로 1초에 할 수 있는 계산이다.

□ 양자계산의 큐빗 구현은 기존의 실리콘 반도체 제조기술을 사용하여 이루어질 수 있다는 점이 매력적이다. 그러나 이는 동시에 기존의 반도체 공정기술의 해결할 수 없는 에러발생 문제가 양자계산의 부정확성과 성능의 문제로 이어진다는 약점을 가지고 있다. 한편 수천 큐빗의 레지스터에서의 얽힘 현상의 구현, 초전도 큐빗에서 사용된 축전기 연결과 겹쳐진 파동함수를 통한 상호작용의 구현은 매우 어려운 기술이다. 따라서 반도체를 이용한 양자계산의 도전은 상기와 같은 악조건 하에서 어떻게 꿈과 같은 성능을 발휘할 수 있는 양자계산을 실현시키느냐 하는 방법을 찾는 것이라 할 수 있다. 여기에는 반도체 설계 시 소프트 에러(Single Event Upset)를 극복하기 위하여 사용하는 각종 기법 즉, 하드웨어 추가 부담(Redundancy), 시간 추가부담, 에러 검출 회복력 있는 반도체 설계 기법 등이 양자역학적 지식을 가미하여 반영돼야한다. 한편 공정상의 화학, 물리, 기계적 처리과정을 발전시켜 장치 변동성을 획기적으로 줄일 필요가 있다.

저자

Keyes,R.W.

자료유형

학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

정보통신

연도

2005

권(호)

38(1)

잡지명

IEEE Computer Society

과학기술
표준분류

정보통신

페이지

65~69

분석자

신*필

분석물

• 반도체를 이용한 양자계산에의 도전.pdf [197,324 byte]

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