양자컴퓨팅, 이론부터 구현까지 - 00 - 시리즈 소개

들어가며

• 많은 SF 소설과 영화에서 단골 소재로 등장하던 양자 컴퓨터는 이제 더 이상 먼 미래의 공상 과학이 아니라 머지 않은 시점에 사람들의 실 생활 속에서 이용될 것으로 기대되고 있습니다. 이 블로그 시리즈에서는 양자 컴퓨터를 하나도 모르고, 수학에 대한 전문적 지식이 없으신 분들도 양자 컴퓨팅에 대해서 어디 가서 아는 척 할 수 있고 실제 동작하는 양자 컴퓨터 알고리즘도 구현해 볼 수 있는 재미있는 내용을 전달해 드립니다.
• 이 포스트를 작성하는 본인은 양자 컴퓨터와 관련된 학위와 전문성이 없으며 순수하게 학술적 호기심으로 공부하였고, 공부한 것을 가장 쉽게 확인하는 방법이 다른 사람에게 전달하고, 피드백을 얻는 것이기에 이 블로그 시리즈를 작성합니다. 따라서 틀린 부분이 있을 수 있으며, 고쳐야 할 부분과 보완해야 할 사항에 대한 많은 피드백을 부탁드립니다.

이 블로그 시리즈는 아래와 같은 내용을 포함하고 있습니다.

1. 양자 역학의 기초 지식
2. 양자 컴퓨터의 이론적 원리
3. 양자 컴퓨팅 알고리즘
4. PennyLane 기반의 양자 회로 구현
5. 이론을 설명하기 위한 수식과 기본적인 수학적 내용들

다루지 않는 내용들

1. 양자 컴퓨터의 물리적 구현 방법
2. 양자 역학에 관한 깊은 이론
3. 양자 역학/컴퓨터를 이용한 다른 응용들 - 양자 암호, 양자 통신, 양자 머신러닝, 양자 시뮬레이션

시리즈를 읽기 위해 필요한 지식

• 중학교 2학년 정도의 수학적 기초 (기초 대수학, 기하학) - 작성자 본인도 수포자 출신이기 때문에 수포자의 마음을 알고 있습니다. (강의와 교재에서 당연하게 알겠지 하는 내용이 너무 많았음) 수식 앞에서 창을 닫을 저와 같은 분들을 위해 각종 수학적 기초에 대해서 최대한 설명하거나, 재미있게 학습하기 위한 링크를 제공할 예정입니다.
• 양자컴퓨팅 라이브러리 PennyLane은 Python 으로 작성되어 있습니다. 기본적인 Python 문법을 알고 계시면 좋고, 아니어도 큰 문제는 없습니다. 구동을 위해 PC 가 있으면 좋습니다.

시리즈 목차 - 자주 변경될 수 있습니다.

1. 양자 컴퓨터가 뭐가 좋은데? 해결하는 문제가 뭔데?
2. 양자 컴퓨터는 어떻게 만드는데 ? - 양자 역학의 공리
3. 양자 컴퓨터의 최소 단위 큐비트 - 중첩과 측정의 미학
4. 단일 큐비트 Gate
5. 다중 큐비트 - 얽힘과 빛보다 빠른 통신
6. ?? : 신은 주사위를 어쩌구 - EPR 역설과 벨 부등식
7. Ctrl CV 불가 - 복제 불가능 정리
8. 다중 큐비트 Gate
9. 느리구나 빛 조차 - 벨 상태 회로와 양자 순간이동
10. 위 아래 위위 아래 - 측정
11. 그래서 어디에 쓰는데 ? - 양자 알고리즘 1 - 사이먼 알고리즘
12. 모래 사장에서 바늘 찾기 - 양자 알고리즘 2 - 그로버 알고리즘
13. 양자 컴퓨터 쓰면 모든 비밀번호 다 풀 수 있음 - 양자 알고리즘 3 - 쇼어 알고리즘
14. 고양이 그만 괴롭혀 - 슈뢰딩거 방정식
15. 그래도 입자는 돈다 - 스핀, 블로흐 구
16. 시즌 100 번째 양자 컴퓨터 상용화 기사 - 노이즈, 양자 오류 정정

포스트 작성에 참고한 자료들

• Umesh Virkumar Vazirani 교수님 양자 컴퓨팅 강의
• 양자 컴퓨터 원리와 수학적 기초 - 크리스 베른하트, 에이콘
• 양자 컴퓨터를 위한 수학 - Wolfgang Scherer, 에이콘
• 물리의 정석 - 양자 역학 편 - 레너드 서스킨트, 사이언스 북스