양자 역학, 개연적 성향 그리고 실재론

조인래

고영호, 김갑중, 최병석 +3 more

김찬주

이중원

Sangmin Lee

양자 컴퓨터의 뛰어난 병렬 연산 능력과 기존 컴퓨터의 정확한 제어 및 최적화 능력을 결합한 고전-양자 하이브리드 컴퓨팅(Hybrid Quantum-Classical Computing, HQCC)은, 아직 완전하지 못한 현재의 양자 컴퓨팅 시대(NISQ)의 기술적 한계에서 새로운 해결책으로 주목받고 있다. 이 논문에서는 HQCC의 핵심 원리 및 시스템이 어떻게 연결되고 작동하는지, 그리고 중요한 알고리즘들과 실제 적용 사례들을 자세히 살펴본다. 특히, 양자 연산 장치(Quantum Process Units, QPU)와 중앙 처리 장치(CPU)가 어떻게 함께 계산을 수행하는지, 그리고 클라우드를 이용한 양자 서비스의 현재 모습을 하드웨어 관점에서 심도 있게 분석한다. 소프트웨어 측면에서는 Qiskit, PennyLane, Cirq와 같은 주요 개발 도구들을 비교하며 설명한다. 또한, 변분 양자 고유값 알고리즘(Variational Quantum EigenSolver, VQE), 양자 근사 최적화 알고리즘(Quantum Approximation Optimization Algorithm, QAOA), 양자 커널 방법과 같은 대표적인 알고리즘들이 고전 컴퓨터와 양자 컴퓨터 사이에서 어떻게 정보를 주고받으며 작동하는지에 대해 살펴본다. 그리고 양자 화학, 최적화, 기계 학습 등 여러 분야에서 HQCC가 어떻게 활용될 수 있는지 구체적인 예를 들어 살펴본다. 결론적으로, 하이브리드 컴퓨팅 방식의 효율성과 자동화 기술을 통해, 우리가 실질적인 양자 컴퓨팅 시대로 더욱 빠르게 다가갈 수 있을 것임을 보여준다.

Hyoncheol Nha, Young-Tak Chough, Wonho Jhe +1 more