양자컴퓨터 [물리세특] - 양자컴퓨터의 원리 및 활용, 발전 현황을 중심으로 한 탐구보고서

소개

양자컴퓨터의 발전 배경, 구조 및 작동 원리, 장단점과 발전 현황 등을 종합적으로 다루고 있습니다. 특히 기존의 고전컴퓨터와 양자컴퓨터의 차이점, 양자컴퓨터의 우위에 기반한 용도와 활용 분야, 양자컴퓨터의 개발 현황에 초점을 맞춘 탐구보고서입니다.

<탐구 동기 및 활동 정리>
교내에서 열린 '양자컴퓨터와 양자물리학'을 주제로 한 '물리학 산책'에 참여한 후, 양자 컴퓨터에 관한 책을 읽고 관련 자료를 조사하여 보고서를 작성함. 이 보고서에서는 양자컴퓨터의 발전 배경과 작동 원리, 장단점과 발전 현황 등 양자컴퓨터의 기본적인 내용을 종합적으로 다루며, 특히 기존의 고전컴퓨터와 양자컴퓨터의 차이점, 양자컴퓨터의 우위에 기반한 용도와 활용 분야, 양자컴퓨터의 개발 현황에 초점을 맞추어, 이를 통해 양자컴퓨터에 대한 이해를 높이고 우리 사회에 미치는 영향을 가늠해보고자 했다.
이번 조사를 통해 양자컴퓨터 분야는 다 학제 연구와 협업이 필수적인 분야임을 알게 되었고, 무엇보다 진로를 고민하는 학생들의 관심과 용기 있는 도전이 필요하다는 생각을 하게 되었다. 이번 탐구를 통해 양자컴퓨터와 양자역학에 흥미를 갖게 되어 양자물리학에 대해 기초부터 차근차근 공부하며 양자컴퓨터에 대한 탐구를 이어나갈 계획이다.

목차

I. 서론

II. 본론
1. 양자컴퓨터 발전 배경
(1) 터널링 효과
(2) 양자 알고리즘
2. 양자컴퓨터와 기존 컴퓨터의 차이
(1) 큐비트(qubit, 큐빗)
(2) 병렬처리 및 양자얽힘
(3) 중첩상태의 동시 연산
(4) 양자컴퓨터 구성
3. 양자컴퓨터의 활용 및 가능성
(1) 긍정적인 측면
(2) 부정적인 측면
4. 양지컴퓨터의 발전 현황
(1) 큐비트 개발의 역사
(2) 실용적 양자컴퓨터 후보
(3) 마무리하며

III. 결론

본문내용

(1) 큐비트(qubit, 큐빗)
기존 컴퓨터와 양자컴퓨터의 차이점 중 가장 기본적인 하나는 정보를 처리하는 기본 단위이다. 기존 컴퓨터(고전컴퓨터)는 비트(bit)를 사용하여 정보를 처리한다. 비트는 0 또는 1의 두 가지 상태를 가질 수 있으며, 고전적인 논리 게이트(AND, OR, NOT)를 사용하여 연산을 수행한다. 이러한 비트는 직렬적으로 연산이 수행되기 때문에 한 번에 하나의 연산만 처리할 수 있다.
반면에 양자컴퓨터는 큐비트(qubit, 큐빗)를 사용하여 정보를 처리한다. 큐비트는 양자역학의 원리에 따라 0과 1을 동시에 가질 수 있는 중첩(superposition) 상태를 가진다. 이는 큐비트가 0, 1 또는 두 상태의 조합으로 존재할 수 있음을 의미한다. 또한, 큐비트는 얽힘(entanglement)이라는 특성을 가지는데, 이는 여러 큐비트가 서로 얽혀서 하나의 큐비트 상태 변화가 다른 큐비트에 즉시 영향을 미치는 현상이다. 이러한 특성 덕분에 양자컴퓨터는 병렬적으로 연산을 수행할 수 있으며, 고전적인 컴퓨터에 비해 훨씬 강력한 계산 능력을 갖게 된다.

(2) 병렬처리 및 양자얽힘
고전컴퓨터의 비트와 양자컴퓨터의 큐비트의 중요한 차이점은 상태 표현과 연산 방식이라 할 수 있다. 비트는 독립적인 0 또는 1의 상태를 가지지만, 큐비트는 중첩 상태와 얽힘을 통해 다차원적인 상태를 표현할 수 있다. 이를 통해 양자컴퓨터는 중첩과 얽힘을 이용하여 동시에 여러 연산을 수행할 수 있다. 이렇게 동시에 계산하는 것을 ‘병렬처리’라고 부른다.
기존 컴퓨터의 비트는 직렬 연산과 제한된 병렬 처리만을 제공하는 반면, 양자컴퓨터의 큐비트는 중첩과 얽힘을 통한 강력한 병렬처리와 복잡한 문제 해결 능력을 제공한다. 이러한 이유로 양자컴퓨터는 특정 문제를 해결하는 데 있어 고전적인 컴퓨터보다 훨씬 더 빠르고 효율적으로 연산을 수행할 수 있다.

참고자료

· 퀀텀의 세계(이순칠, 해나무)
· 양자컴퓨터의 미래(미치오 카쿠, 김영사)
· 양자컴퓨터(인순칠, 살림)
· RSA 암호화 https://www.veritas.com/ko/kr/information-center/rsa-encryption