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중국의 새로운 양자컴퓨터, 빛으로 양자기술 최고를 주장하다. 연구원들은 광양자에 의해 계산이 수행되는 광 양자컴퓨터를 사용하여 중국의 Sunway TaihuLight 슈퍼컴퓨터 즉, 세계에서 네 번째로 빠른 슈퍼컴퓨터를 실행하는 데 25억 년이 걸렸을 것이라고 말하는 통계 계산을 완료했다. 단 3분 조금 넘게 만에 작업을 처리했다.

JM Kim | 기사입력 2020/12/08 [09:04]

중국의 새로운 양자컴퓨터, 빛으로 양자기술 최고를 주장하다. 연구원들은 광양자에 의해 계산이 수행되는 광 양자컴퓨터를 사용하여 중국의 Sunway TaihuLight 슈퍼컴퓨터 즉, 세계에서 네 번째로 빠른 슈퍼컴퓨터를 실행하는 데 25억 년이 걸렸을 것이라고 말하는 통계 계산을 완료했다. 단 3분 조금 넘게 만에 작업을 처리했다.

JM Kim | 입력 : 2020/12/08 [09:04]

양자컴퓨터는 계산 세계의 모든 것을 혁신하고 있기 때문에 놀랍지 않다. 그들은 여전히투박하고 까다롭고 엄청나게 비싸고 실용적이지 않다. 언젠가는 큰 영향을 미칠 수 있지만 그날은 오늘이 아니다.

 

아니, 양자컴퓨터의 놀라운 점은 그것들이 전혀 존재한다는 것이다. 이 이국적인 기계가 처음 제안된 후 수십 년 동안 아무도 실제로 만들 수 있는지 알지 못했다. 오늘날 우리는 양자컴퓨터가 가능하며 전 세계적으로 작동 순서가 많다고 말할 수 있다. Google, IBM IonQ와 같은 회사에서 개발한 양자컴퓨터는 확실히 여기에 있다. 이제 질문은 다음과 같다. 광고된 대로 작동할까? 기존 컴퓨터보다 훨씬 빠르게 계산할 수 있을까?

 

그 질문에 대한 대답이 ""일 가능성이 있다는 첫 번째 실험적 증거는 작년에 Google이 자사의 시카모어(Sycamore) 양자컴퓨터가 고전적인 슈퍼컴퓨터를 사용할 수 있는 특수하게 고안된 통계 계산을 완료함으로써 양자 우위(이전에는 양자 우위라고 알려짐)를 달성했다고 발표했을 때 나왔다. 실행하는 데 훨씬 더 많은 시간이 걸린다.

 

이제 Jian-Wei Pan Chao-Yang Lu가 이끄는 컴퓨터 과학자 팀이 작성한 Science지 논문에 따르면 Google의 위업이 복제되었을 수 있다. 게다가 완전히 다른 종류의 양자 기계에서 복제되었다.

 

연구원들은 광양자에 의해 계산이 수행되는 광 양자컴퓨터를 사용하여 중국의 Sunway TaihuLight 슈퍼컴퓨터(세계에서 네 번째로 빠른 슈퍼컴퓨터)를 실행하는 데 25억 년이 걸렸을 것이라고 말하는 통계 계산을 완료했다. 그것은 지구의 절반이 넘는 나이이다. 그들의 컴퓨터는 3분 조금 넘게 작업을 처리했다.

 

그러나 특히 양자 이점을 실험적으로 증명하는 것은 간단하지 않다. 기존 컴퓨터의 변화하는 능력과 이를 코딩하는 사람의 독창성에 따라 달라지기 때문에 여전히 움직이는 벤치마크이다. Google의 주장은 작년에 이의를 제기했으며 이 주장에도 문제가 발생할 수 있다. 그것은 당신을 위한 과학이다. 아래에 좀 더 다루어 보도록 한다.

 

첫째, 컴퓨터는 어떻게 작동할까?

 

Douglas Adams의 은하계에 대한 히치하이커 가이드에서 외계 종족은 생명, 우주 및 모든 것에 대한 답을 찾기 위해 역대 가장 강력한 컴퓨터를 만든다. 기계라고 불리는 Deep Thought는 그 혼란스러운 답을 제시하는 데 700만 년이 걸린다: 42.

 

문제는 우리가 질문을 모른다는 것이다. 따라서 생명, 우주 및 모든 것에 대한 질문을 찾기 위해 후속 제품을 설계한다. 그 컴퓨터는 지구이다. 지구와 그 위의 모든 자연 과정은 수백만 년 동안 계산을 계속한다.

 

Jiŭzhāng라고 불리는 새로운 양자컴퓨터는 Deep Thought의 아이와 약간 비슷하다. 우주 자체의 자연적 과정을 사용하여 계산을 실행하고 출력을 측정함으로써 물리적 우주에 대한 질문에 답한다. 이 경우 질문은 매우 간단하고 구체적이다.

 

Jiŭzhāng은 당신이 상상하는 것 같지 않다. 실험실 벤치에 있는 양자 Rube Goldberg 기계만큼이나 모든 고전적인 컴퓨터 및 많은 양자컴퓨터처럼 매끄러운 칩이 아니다.

 

간단하지만 효과적인 비유는 나무못으로 덮인 수 직판에 공을 떨어뜨리는 카니발 게임을 상상하는 것이다. 공은 못에서 튀어나와 바닥의 슬롯에 고정된다. 이제 레이저 방출 광자용 볼, 빔 스플리터 및 미러 용 페그, 광 검출기 용 슬롯을 교체하라. 두 시나리오 모두 공이나 광자가 끝나는 위치를 계산할 수 있다. , 모두 보드 아래로 튀어나온 후 슬롯의 분포는 무엇일까? 이것이 Jiŭzhāng이 대답하기 위해 만들어진 질문이다

 

계산을 Boson 샘플링 또는 이 경우 가우스 Boson 샘플링이라고하는 변형이라고 한다. Boson 샘플링은 원래 Scott Aaronson Alex Arkhipov 2011년 양자 이점을 증명하는 실험적 방법으로 고안했다. (다시 말해서, Boson 샘플링은 현재로서는 실제 양자컴퓨터로 만드는 것이 아니라 현실 세계에서 고전적인 컴퓨터보다 양자컴퓨터의 우월성을 증명하는 것이다.)

 

카니발 게임에서 볼의 분포는 클래식 컴퓨터에서 상대적으로 계산하기 쉽지만 광자는 완전히 다른 짐승이다.

 

광자는 양자 역학의 기묘한 법칙에 의해 지배되며, 양자 역학은 서로 간섭하고 위치의 확률 파동으로 그들의 위치를번식시킨다. 광자가 끝나는 위치를 결정하려면 미지수로 가득찬 복잡한 방정식을 풀어야한다. 고전적인 컴퓨터는 이러한 방정식을 무차별 대입해야 하며, 경쟁해야 하는 가능성의 수가 기하급수적으로 증가한다. 반대로 Jiŭzhāng은 광자가 자신의 일을 하게 하고 결과를 측정한다.

 

간단하게 들릴지 모르지만 그렇지 않다.

 

Jiŭzhāng의 광자는 거의 정확히 동시에 방출되어야 하며 또한 거의 동시에 22미터 길이의 거울과 빔 스플리터 끝에 도달해야 한다. Lu는 필요한 정밀도를 100마리의 말이 100km를 달리고 서로의 머리카락 너비 내에서 끝나는 경마에 비유한다. 그것은 그러한 도전이며, 일부는 "막 다른 골목"이라고 믿었다. 그러나 팀은 이전 작업을 기반으로 확장할 수 있었다.

 

새로운 실험에서 그들은 최대 76개의 광자의 분포를 측정할 수 있었다. 그들은 고전적인 컴퓨터로 그 큰 분포를 계산하는 것은 불가능하다고 믿는다.

 

하지만 불가능할까? 양자 경고

모든 흥미로운 새로운 발전과 마찬가지로 양자컴퓨터에 대한 연구는 지금까지 알려지지 않은 영역으로 이동하고 있다. 개인과 소규모 팀이 그토록 많은 가능성을 고려할 수 있기 때문에 어떤 주장도 공격할 수 없다고 주장하는 것은 다소 위험한 게임이다양자 이점을 결정하는 것은 비교를 위해 선택한 기존 알고리즘에 크게 좌우된다 

예를 들어, Google이 작년에 양자 우위를 달성했다고 발표했을 때 IBM 과학자들은 얼마 지나지 않아 논문을 내놓았는데, 이는 적어도 이론적으로는 10,000년의 기존 컴퓨팅 시간에 대한 Google의 주장을 3일로 줄일 수 있는 방법을 보여주었다.

 

연구 공동 저자이자 양자물리학자인 Lu Science News에 양자 이점은 지속적으로 개선된 양자 하드웨어와 지속적으로 개선된 고전적 시뮬레이션 간의 지속적인 경쟁이다. 최근에 포토닉 양자컴퓨팅 스타트 업 팀인 Xanadu boson 샘플링을 위한 기존 컴퓨팅 시간을 크게 단축할 수 있는 알고리즘을 개발했다. 이전에 양자 이점을 위해 50개의 포톤이 필요했다면 이제는 100개가 필요하다.

 

그리고 실제로 최근 논문을 검토한 Aaronson Google 팀과 동료 물리학자 (그리고 boson 샘플링 회의론자) Gil Kalai가 제안한 방법이 실제로 실험을 더 쉽게 만들 수 있는지에 대해 질문했다는 메모로 연구에 대한 블로그 게시물을 업데이트했다. 논문에서 제안한 것보다 고전적으로 시뮬레이션 한다. Aaronson에 따르면 이 문제는 해결 가능해야 하며 지금 조사 중이다. “다른 것이 없다면 이것은 이 물건을 주장하는 사람들에 대한 대답이다. 진행중인 과학을 용서해달라!”라고 Aaronson이 쓴다.

 

컴퓨터가 쉽게 재 프로그래밍할 수 있는 범용 양자컴퓨터가 아니라는 점도 강조할 가치가 있다. 오히려 매우 특수한 문제는 컴퓨터가 구축된 방식에 하드 코딩 되어 있다. 그리고 현재는 실용적인 응용 프로그램이 있는 기계가 아니다. , 더 많은 작업을 통해 일부 연구에 따르면 Gaussian boson 샘플링이 그래프 이론, 양자 화학 및 기계학습에서 실용적인 응용 프로그램을 가질 수 있다고 제안한다. 물론 아직 입증되지 않았다.

 

주의 사항

퀀텀 컴퓨팅 게임이 펼쳐지는 것을 보는 것은 지저분하더라도 흥미 진진한 시간이다. 상당한 투자가 있으며 몇 가지 접근 방식이 조사 중이다. 포토닉스 외에도 IBM Google의 컴퓨터를 포함한 다른 양자컴퓨터는 미세한 초전도 회로를 사용하여 계산한다. Startup Ion Q "이온 트랩"양자 컴퓨터에서 하전 된 원자를 사용한다 

면밀한 조사를 견디는 경우 Google과 완전히 다른 양자컴퓨팅 접근 방식인 Jiŭzhāng을 통해 양자 이점을 입증하는 것은 이 분야에 대한 신뢰를 더욱 강화해야하는 또 다른 큰 단계이다. 그러나 특수한 문제에서 양자 이점을 입증한 후에 기계는 실제 응용 분야에서 보다 일반적으로 유용하다는 것을 보여 주어야한다.

 

다양한 방법에는 장점과 단점이 있으며 각 팀이 우승한 말을 지지하고 있다고 믿는 것은 당연하다. 우리는 앞으로 몇 년 동안 더 많은 우여곡절, 앞뒤로 바뀔 수 있다. 현재 확실한 것은 불확실성 뿐이다. 하이젠베르크 자신도 확실히 기쁘게 생각하는 개념이다

 

 
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