양자 컴퓨팅 범용 모델 새 접근

러시아 모스크바의 Skoltech(Skolkovo Institute of Science and Technology) 연구원은 양자 시뮬레이터를 양자 컴퓨터와 연결하는 양자 계산의 새로운 범용 변형 모델을 발견했다.

이 논문은 ‘Physical Review A’ 저널에 게재, 편집자 제안 리스트에 올랐다.

양자 시뮬레이터는 우리가 이해하고자 하는 대상 양자 시스템과 속성을 공유하도록 제작됐다. 초기 양자 시뮬레이터는 용도가 제한적이었다. 즉, 프로그래밍, 조정 또는 조정할 수 없으므로 하나 또는 매우 적은 대상 시스템을 모방할 수 있다. 최신 양자 시뮬레이터는 설정을 일부 제어할 수 있어 더 많은 가능성을 제공한다.

양자 시뮬레이터와 달리 양자 컴퓨터는 완전히 프로그래밍 가능한 양자 시스템이다. 완전히 프로그래밍 가능한 양자 프로세서를 구축하는 것은 여전히 ​​어렵지만, 짧은 양자 프로그램을 실행할 수 있고 제한된 프로그래밍 기능을 제공할 수 있는 잡음이 많은 양자 프로세서는 현재 전 세계의 주요 실험실에서 사용할 수 있다. 이러한 양자 프로세서는 보다 확립된 양자 시뮬레이터에 더 가깝다.

오늘날의 프로토타입 양자 프로세서는 노이즈와 일반적인 제어 능력 부족으로 어려움을 겪고 있음에도 불구하고 구글(Google)과 중국의 과학자들이 양자 계산 우위(Quantum computational supremacy)에 대한 놀라운 시연을 보였다. 양자 컴퓨팅 우위는 양자 프로세서가 세계 최고의 슈퍼 컴퓨터로는 거의 불가능에 가까운 특정 작업을 신속하게 수행할 수 있음을 보여준다.

물론 이는 제한된 프로그래밍 기능만을 사용한 결과다. 고정 및 짧은 양자 프로그램 또는 회로를 조정한 다음 단순한 양자 측정을 수행할 수 있다. 전 세계의 연구자들은 이 단순한 접근 방식이 양자 우월성보다 더 실용적인 애플리케이션에 어디까지 활용할 수 있을지 의문을 제기하고 있다.

Skoltech의 부교수 제이콥 비아몬테(Jacob Biamonte)는 “양자 시뮬레이터는 언제 양자 컴퓨터가 되는가. 구글과 다른 곳의 양자 프로세서는 종종 전용 양자 시뮬레이터와 프로그래밍 가능한 양자 컴퓨터 사이 어딘가에 위치한다”고 설명한다. 이들이 사용하는 임시 접근 방식은 다음과 같다. 고전적으로 계산된 비용 함수를 최소화하기 위해 양자 회로를 변형 조정한다. 이 접근 방식은 양자 계산의 범용 모델을 나타낸다. 즉, 양자 시뮬레이터는 일반 양자 알고리즘을 실행하기 위해 제한된 추가 제어만 필요하다”라고 말한다.

저널 편집자들은 이 연구가 양자 강화 알고리즘에 대한 현대적인 변이 접근법이 양자 계산의 보편적 모델을 가능하게 한다는 것을 증명했다고 평했다. 이것은 범용 양자 계산에 필요한 자원을 현대 양자 프로세서에 더 가깝게 만든다는 설명이다.

비아몬테는 “이 연구는 프로그래밍 가능한 양자 시뮬레이터와 범용 양자 컴퓨터 간의 격차를 해소한다. 이 분석은 변이 접근법을 사용하여 양자 알고리즘을 구현하는 새로운 수단을 제공했다”고 말했다.

*Jacob Biamonte, Universal variational quantum computation, Physical Review A (2021).