스웨덴 린코핑대(Linköping University) 과학자들이 고전 컴퓨터에서 양자 컴퓨터 속성을 시뮬레이션하는 방법을 제시했다.

연구진은 양자 컴퓨터를 구축하는 방법을 결정하는 데 관련 결과는 매우 중요하다고 말한다.

초고속 양자 컴퓨터가 재조명되면서 스웨덴, 유럽 및 글로벌 연구에 많은 자원이 투자됐다. EU는 양자 기술을 주요 프로젝트 중 하나로 지정했다. 스웨덴의 양자 컴퓨터는 10년 이내에 개발될 예정이다.

현재, 양자 컴퓨터에 유용한 알고리즘은 거의 없다. 기존 슈퍼 컴퓨터 성능으로도 매우 복잡한 생물학적, 화학 및 물리적 시스템 시뮬레이션에서 이 기술은 매우 중요 할 것으로 예상된다. 고전 컴퓨터 비트는 1 또는 0의 값만 사용할 수 있지만 양자 비트는 그 사이의 모든 값을 사용할 수 있다. 간단히 말해, 이는 양자 컴퓨터가 각 계산에 대해 많은 작업을 수행할 필요가 없음을 의미한다.

린코핑대 전기공학 정보코딩학과 얀 아케 라르센(Jan-Åke Larsson) 교수와 박사과정 학생 니클라스 요한슨(Niklas Johansson)은 양자 컴퓨팅이 고전 컴퓨터보다 더 강력한 이유를 파악했다.

연구 결과는 과학 저널 엔트로피(Entropy)에 발표됐다.

연구의 주요 차이점은 양자 컴퓨터가 각 비트에 대해 2 자유도를 갖는다는 것이다. 라르센 교수는 “기존 컴퓨터에서 추가 자유도를 시뮬레이션 함으로써 양자 컴퓨터에서와 동일한 속도로 일부 알고리즘을 실행할 수 있다”고 말했다.

연구팀은 QSL(Quantum Simulation Logic) 시뮬레이션 도구를 구축해 기존 컴퓨터에서 퀀텀 컴퓨터의 작동을 시뮬레이션 했다. 시뮬레이션 도구에는 퀀텀 컴퓨터가 가지고 있는 속성 중 하나 즉, 각 비트에 대해 고전 컴퓨터에는 없는 하나의 추가 자유도가 있다.

라르센은 “각 비트는 2 자유도를 가진다. 각 파트가 2 자유도(위치 및 속도)를 갖는 기계 시스템과 비교할 수 있다. 이 경우, 함수 결과에 대한 정보를 전달하는 계산 비트와 함수 구조에 대한 정보를 전달하는 위상 비트를 다룬다”고 설명했다.

연구진은 시뮬레이션 도구를 사용해 함수의 구조를 관리하는 일부 양자 알고리즘을 연구했다. 몇몇 알고리즘은 양자 컴퓨터에서와 같이 시뮬레이션에서 빠르게 실행된다.

라르센은 “결과는 양자 컴퓨터에서 더 빠른 속도가 하나의 추가 정보 전달 자유도에서 정보를 저장, 처리 및 검색 할 수있는 능력에서 비롯된 것임을 보여준다. 이를 통해 양자 컴퓨터가 어떻게 작동하는지 더 잘 이해할 수 있다. 또한 양자 컴퓨터가 예상대로 작동하는 데 가장 중요한 속성을 알고 있기 때문에 이 지식은 양자 컴퓨터를 보다 쉽게 구축 할 수 있게 한다”고 말했다.

또한 연구팀은 자체 제작한 게이트 장치 버전으로 이론적 시뮬레이션을 보완했다. 게이트는 양자 컴퓨터에서 사용되는 것과 유사하며 툴킷은 양자 컴퓨터의 작동 방식을 시뮬레이션한다.

예를 들어, 학생들의 도움으로 양자 암호화(cryptography) 및 양자 순간이동(teleportation)이 작동하는 방식과 인수 분해를 위한 쇼어(Shor) 알고리즘과 같은 가장 일반적인 양자 컴퓨팅 알고리즘을 시뮬레이션하고 이해할 수 있다. 알고리즘은 현재 버전의 시뮬레이션에서 작동하지만 기존 컴퓨터에서와 속도는 동일하다.

라르센은 2017년에 회사를 설립했다. 퀀텀 컴퓨팅 분야에서 최근 유럽에서 10대 가장 흥미로운 스타트업 목록에 포함됐다.

*논문 :Quantum Simulation Logic, Oracles, and the Quantum Advantage