| 연구목표 |
양자전산은 기존 전자회로 기반의 전산 대비 속도향상을 가져올 뿐 아니라 차원이 지수함수적으로 증가하는 양자계를 직접 다룰 수 있는 정보처리방식이다. 양자컴퓨터를 활용하여 양자알고리즘을 구현한다면 현존하는 컴퓨터 대비 속도 및 성능 향상을 얻을 수 있다. 그러나 양자컴퓨터의 구현기술은 현재까지 미완성이며 많은 결함을 지니고 있다. 본 연구계획서는 양자컴퓨팅의 이론연구 제안서로서, 1) 현재 혹은 수년 내 활용 가능한 기술을 활용하여 효율적으로 양자 알고리즘을 구현하는 방법의 제시 및 2) 양자컴퓨터 내의 정보처리에 관한 이해를 바탕으로 양자컴퓨팅을 위한 양자 자원 (Quantum Resources) 의 정량화를 목표로 한다. 또한, 이를 바탕으로 3) NISQ 기술 바탕의 양자 알고리즘인 양자근사최적화 알고리즘(QAOA)이 양자 장점들(Quantum Advantages)-현존하는 컴퓨터 대비 장점-을 얻을 수 있는지 연구한다. |
| 연구내용 |
양자정보처리는, 양자상태의 준비, 알고리즘 수행 및 측정의 단계를 포함한다. 여기서 상태준비와 측정은 고정된 자원이지만, 알고리즘 중에 상태가 외부잡음에 노출될 경우, 보조큐비트를 활용해 상태를 코딩하여 양자컴퓨팅을 보존할 수 있다 (양자오류정정). 그러나, 이 과정은 실제 구현이 거의 불가능한 이론적 제안이다. 실제로는 준비된 양자상태의 성질 및 양자상태의 변환 등에 따라 양자컴퓨터의 측정을 최적화하여 양자알고리즘의 효율을 극대화할 수 있다. 또한, 유용한 양자 상태의 준비와 변환을 활용하여 양자컴퓨팅의 자원을 정량화하고 새로운 알고리즘 개발에 활용할 수 있다. 본 연구계획서는 양자컴퓨팅의 이론연구 제안서로서 다음의 연구개발내용을 포함한다.
1) 양자 알고리즘의 간편 및 최적 측정 구현 방법 제시 : 현재 혹은 수년 내 활용 가능한 기술을 활용하여 효율적으로 양자 알고리즘을 구현하는 방법으로서, 보조큐비트 혹은 이를 활용한 양자오류정정없이 양자알고리즘을 최적화하는 측정 방법을 제안한다. 실험적으로 요구되는 사항은 국소 큐비트들의 조작이다. 3~5개의 소수의 큐비트에 대해서 측정을 최적화하는 구체적인 방법을 제시한다.
2) 양자컴퓨팅을 위한 양자 자원 (Quantum Resources) 의 정량화 : 양자컴퓨팅에 관한 열린 양자계의 접근을 적용하여 양자컴퓨터 내의 발생하는 고전 및 양자정보처리의 정보흐름 (information flow)을 일반적으로 (여러개 큐비트에 대해서) 정량화한다. 또한, 양자 알고리즘을 유니타리변환 구별 문제로 변환하여 국소변환 및 통신을 활용하여 양자 알고리즘의 수행을 분석한다.
3) NISQ 기술 바탕의 양자 알고리즘인 양자근사최적화 알고리즘(QAOA)이 양자 장점들(Quantum Advantages)-현존하는 컴퓨터 대비 장점-을 얻을 수 있는지 연구한다. QAOA, QAA, 등 연속시간 기반의 알고리즘에 대해 연구 2)의 방법인 정보흐름을 적용하여 최적화 문제에 적용한다. |
| 기대효과 |
예상되는 연구결과 ‘양자알고리즘의 간편 구현 방법’을 활용하여 현재 대규모 과제로 기획된 5큐비트 양자컴퓨터에 양자알고리즘 적용 및 구현할 수 있도록 제안한다. 실제로 양자컴퓨터를 구현하는 데에 활용할 수 있도록 제안한다.
2. 예상되는 연구결과 ‘양자자원을 정량화’를 통해 주변환경과 상호작용에도 불구하고 보존해야 할 자원에 대해 규명하고 정량화한다. 이를 바탕으로 NISQ 기술 기반 양자알고리즘 개발에 응용한다.
3. 양자컴퓨팅에 대한 새로운 관점 제시 : 양자컴퓨팅의 전산학은 회로에 기반하고 있으나, 실제 양자물리계에서 구현은 물리계의 성질에 많이 의존한다. 양자컴퓨팅의 본질에 대한 이해를 바탕으로 회로 이외의 구현 모델에 대해 관점을 제시한다.
4. NISQ 기술의 역량 파악 : NISQ 기술기반의 알고리즘들 중 현재 가장 많은 관심을 갖는 QAOA 에 대해서 최적화 기법을 제공하고 양자장점을 얻을 수 있는지 활용한다. |
| 키워드 |
양자컴퓨팅,양자알고리즘,양자자원이론,열린양자계,양자판별 |
