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이름:잭 히더리 (Jack D. Hidary)

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2020년 9월 <양자 컴퓨팅 : 이론에서 응용까지>

잭 히더리(Jack D. Hidary)

알파벳 X(전 구글 X)에서 AI와 양자 컴퓨팅을 연구하고 있다. 그의 그룹은 노이즈 있는 중규모 양자(NISQ) 프로세서용 알고리즘을 개발하고, 새로운 양자 컴퓨팅 소프트웨어 라이브러리를 만들고 있다. AI 분야에서는 응용 AI 기술뿐 아니라 심층망의 일반화와 같은 기초 연구에도 주력하고 있다.  

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저자의 말

<양자 컴퓨팅 : 이론에서 응용까지> - 2020년 9월  더보기

과학 기술 분야의 발견을 앞당길 새로운 컴퓨팅 시대에 접어들고 있다. 독창적인 컴퓨팅 플랫폼은 우주의 근본 법칙을 밝혀내기도 하고, 우리 모두에게 영향을 미치는 어려운 문제를 해결하는 데 도움이 된다. 전용 칩으로 구동되는 머신러닝 프로그램은 이미 획기적인 발전을 거듭하고 있다. 이 책에서는 현재의 디지털 플랫폼과는 계산 방식이 근본적으로 다른 양자 컴퓨팅이라는 떠오르는 플랫폼을 살펴보려 한다. 물론 규모 있는 양자 컴퓨터가 나오려면 몇 년은 걸릴 것이다. 그러나 이제는 그런 시스템이 실현 가능하다는 것을 알고 있다. 공학 기술이 발전할수록 우리는 큰 충격을 받게 될 것이다. 양자 컴퓨팅은 양자 정보 과학이라는 더 큰 분야의 일부다. 양자 정보 과학의 세 갈래, 즉 계산, 통신, 센싱(sensing) 분야는 급속도로 발전하고 있으며 한 분야에서 나온 발견이 다른 분야의 발전에 박차를 가하기도 한다. 양자 통신에서는 양자 시스템의 특이한 특성을 활용해 도청자가 읽을 수 없는 방식으로 정보를 전송한다. 양자 컴퓨팅으로 인해 포스트 양자 암호화 체제로 넘어오면서 양자 통신 분야는 점점 더 중요해지고 있다. 양자 특화 프로토콜인 양자 순간 이동과 초밀집 부호화는 7장에서 다룬다. 양자 센싱은 자기장 혹은 다른 장의 감지에 양자 장치를 사용해 고전적인 한계를 뛰어 넘고자 하는 왕성한 연구 분야다. 예를 들면 원자 스케일에서 위치, 내비게이션, 타이밍을 감지하는 PNT(Position, Navigation, and Timing)라는 새로운 유형의 센서가 있다. 이 마이크로 PNT 장치는 GPS가 꼼짝하지 않거나 사용이 불가능할 때 매우 정확한 위치 데이터를 제공할 수 있다. 이 책에서는 양자 계산에 중점을 둔다. 양자 계산과 고전 계산의 중요한 차이점 하나는 양자 계산에서는 양자 상태(quantum states) 자체를 조작한다는 점이다. 이 때문에 고전적인 컴퓨터보다 계산 공간이 훨씬 더 크다. 고전 컴퓨터에서 실세계의 양자 물리계를 모델링하려면 그런 양자 물리계를 어떤 표현으로 바꿔 모델링하는 수밖에 없으며, 양자 물리계 자체를 구현하지는 못한다. 이 중요한 차이가 컴퓨팅과 과학의 미래에 흥미진진한 기회를 낳았다. 이 모든 것은 20세기 전반의 양자역학 혁명 동안 개발된 우리 세계에 대한 근본적인 진실에서 시작된다. 이러한 여러 가지 핵심 개념을 1장에서 살펴본다. 이 책에서는 지금까지 인류가 만들어온 것과는 매우 다른 종류의 컴퓨터를 만드는 법을 탐구할 것이다. 이 책이 다른 책들과 다른 점은 이론을 넘어 이러한 컴퓨터를 실제로 어떻게 만들고 이러한 시스템을 위한 응용 프로그램을 어떻게 작성하는지까지 다룬다는 점이다. 현재 클라우드 기반 양자 시스템을 프로그래밍하는 데 사용할 만한 개발 라이브러리가 몇 가지 있다. 이 책에서는 예시 코드를 살펴보고 일련의 연산자로 이뤄진 양자 회로를 구축해 특정 문제를 해결하는 방법을 알아본다. 이 책에서는 주로 파이썬(Python)을 사용한다. 우리는 현재 노이즈 있는 중규모 양자(NISQ, Noisy Intermediate-Scale Quantum) 컴퓨터 시대에 있는데, NISQ라는 용어는 캘리포니아 공과 대학(CalTech)의 존 프레스킬(John Preskill)이 만든 용어다. NISQ 컴퓨터란 아직 완전히 오류를 정정하지 못하고(따라서 노이즈가 있으며) 큐비트가 수십에서 수천 개인 시스템을 의미하는데, 규모 있는 결함 허용 컴퓨팅에 106개 이상의 큐비트가 필요한 것과 비교하면 훨씬 적은 수준이다. 초기 시스템에 이러한 한계가 있기는 하지만, 이 책에서 다루는 이론과 알고리즘, 코딩 기법들은 향후에 더 큰 시스템으로 전환할 때 도움이 될 것이다. 양자 컴퓨팅에 대한 문헌은 계속해서 늘어나고 있으며, 이 책은 그리로 향하는 입구이기도 하다. 참고 문헌을 이용해 이 분야의 기초 논문과 최신 논문을 모두 살펴보기를 권한다. 온라인에서 더 많은 예제와 코드 튜토리얼을 지속적으로 제공할 것이다. 이 책은 양자 컴퓨팅 기술의 발전에 따라 계속 진화할 살아있는 텍스트다. 우리 모두는 이 새로운 모험을 함께하는 여행자다. 이 새로운 플랫폼과 도구들을 사용해 여러분이 개발한 것을 보게 될 것이라 생각하니 흥분된다. 여러분의 의견을 기다리고 있을 테니 깃허브 사이트를 통해 연락주기 바란다.

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