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Journal of KIISE

The Present and Perspective of Quantum Machine Learning

Wonzoo Chung, Seong–Whan Lee

Published Jul 15, 2016• 1 citation
Publisher

Abstract

본고에서는 양자역학 기반의 기계학습인 양자 기계학습의 현황과 전망을 조망하고자 한다. 양자역학 기반의 양자컴퓨팅이 보여준 혁신적인 계산속도 개선에 힘입어 기계학습 분야에 양자컴퓨팅 알고리즘을 적용하는 연구는 빅데이터 시대의 도래에 따라 최근 집중적인 관심을 받고 있다. 고전적인 기계학습 알고리즘들에 양자컴퓨팅을 접목하여 획기적인 속도개선을 가능하게 하는 알고리즘 연구들과 최초의 상용 양자컴퓨터로 화제가 되고 있는 양자 담금질 알고리즘 등을 중심으로 양자 기계학습의 최신동향과 가능성을 살펴보고자 한다.

DOI
10.5626/jok.2016.43.7.751

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Comparative Analysis of Quantum Computing Performance Analysis Methods

Duwon Lee, Byung-Soo Choi

양자 컴퓨팅은 양자역학적 특성을 이용한 신개념 컴퓨팅을 의미한다. 양자 컴퓨팅과 관련한 연구개발은 크게 활용기술 개발과 구현 기술 개발로 구분되며, 다양한 활용기술과 구현 기술이 제안되고 있다. 현재까지 다양한 구현 기술이 제안되고 있으나, 실제로 비트 컴퓨팅의 한계를 뛰어넘기 위해서는 다양한 기술적 이슈들이 해결되어야 한다. 이 과정에서 양자 컴퓨팅의 성능에 영향을 끼치는 모든 구성 요소들에 대한 기능적, 성능적 요구 수준을 명확히 분석하는 것이 매우 중요하다. 이에 따라, 양자 컴퓨팅 성능 평가 기술 연구개발도 최근 급격한 관심을 받고 있다. 관련하여 이미 다수의 양자 컴퓨팅 성능 평가 기술이 개발되었으나, 양자 컴퓨팅 시스템의 모든 구성요소 중 일부분을 주로 다루고 있거나 혹은 분석 가능 수준이 제한되는 한계점이 지적되고 있다. 이에 양자 컴퓨팅 성능 평가 기술들을 체계적으로 비교 분석하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 이를 달성하기 위하여 최초로 양자 컴퓨팅 풀 스택 구조 관점에서 분석하는 기술을 적용한다. 다음으로 양자 컴퓨팅 성능 평가 기술들을 양자 컴퓨팅 계산 성능 지표 범위(계산 시간 등)와 도출 능력(분석 시간 등) 측면에서 체계적으로 비교하였다. 결론적으로 본 연구를 통해 양자 컴퓨팅 성능 평가 기술은 아직까지는 풀 스택 구조를 모두 분석하지 못하고 있으며, 분석 기술 측면에서 해결해야 할 기술적 이슈가 많음을 확인하였다. 이를 통해 최종적으로 향후 지향해야 하는 연구개발 방향성을 제시한다.

Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers•Mar 31, 2024•0 citations

Advances in Quantum Computing and Platform Trends

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양자컴퓨터는 양자역학적 특성을 활용하여 연산을 수행하기 때문에 특정 연산에서 기존 컴퓨터를 능가하는 매우 빠른 처리능력을 보인다. 최근 양자컴퓨터 개발이 가속화되면서 양자프로세서의 구조, 성능, 그리고 구현 기술에 대한 관심이 크게 증가하고 있다. 본 논문에서는 Amazon, Google, IBM, IonQ, Microsoft, Rigetti, QCi 등 주요 기업이 개발 중인 양자프로세서의 현황과 기술적 특징을 검토한다. 또한 다양한 양자 알고리즘을 실험하고 시뮬레이션할 수 있는 주요 양자컴퓨팅 플랫폼과 프레임워크를 소개하며, 현재의 연구 동향과 향후 발전 방향을 탐구하고자 한다.

Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers•Dec 31, 2025•0 citations

양자 정보통신 기술 동향과 시사점

이성용, 정현수

본 고에서는 최근 IT-NT 융합 기술 중 각광받고 있는 양자 정보통신 기술의 기초 이론 및 최신 동향 그리고, 실제적인 시스템 구현을 위한 구성 요소들을 살펴보고자 한다. 양자정보통신 기술은 광자(光子)의 양자역학적 특성에 기반을 둔 기술로서 양자 이론과 밀접한 관련을 가진 기술 분야이다. 일반적으로 양자정보처리 기술은 크게 양자 컴퓨터(quantum computer)와 양자 암호화(quantum cryptography) 기술, 양자 통신(quantum communication) 등으로 구분된다. 양자정보통신의 각 분야 기술이 아직은 기초연구 수준에 있지만 세계적으로 그 중요성을 인식하고 대규모 투자를 아끼지 않는 분야이기 때문에, 이 분야에 대한 투자를 소홀히 하면 기술 종속 또는 기술 후진국으로 전락할 수도 있다. 그러므로, 본 고에서는 외국의 기술 발전 추세에 대처하고 자체적인 관련 기반 기술을 확보하기 위한 기초 이론과 기술 동향에 대해 간략히 살펴보기로 한다.

전자통신동향분석 = Electronics and telecommunications trends•Dec 1, 2002•0 citations

Introduction to Quantum Circuit Implementation Using IBM Qiskit

Sangwon Min, Jungsoo Rhee

양자 컴퓨팅과 양자 기술은 암호학과 국방산업 등 다양한 분야에서 기존의 한계를 극복하고 새로운 패러다임을 제공하는 혁신적인 도구로 간주 되고 있다. 이러한 큰 영향력이 기대됨에도 불구하고 양자 컴퓨팅과 양자 기술을 사용할 수 있게 도와주는 양자 코딩에 대한 관심은 상대적으로 적은 것이 사실이다. 최근에는 접근성이 용이한 양자 코딩 플랫폼의 등장으로 실제 양자 컴퓨터를 활용하거나 양자 시뮬레이터를 통해 양자 코드를 작성하고 동작시킬 수 있는 환경이 조성되고 있다. 이에 따라 본 논문은 상용화된 양자 코딩 플랫폼들을 소개하고 큐비트와 양자 게이트에 대해 알아본다. 또, 이를 바탕으로 IBM의 Qiskit을 활용하여 고전 리플 캐리 덧셈(RCA) 알고리즘을 양자 RCA 회로로 구현하는 과정을 상세히 소개한다.

한국통신학회논문지•Jul 21, 2024•0 citations

Tendencies and Prospects on Quantum Radar Systems

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최근 미국, 유럽, 중국을 중심으로 2030년 전후 실전배치를 목표로 6세대 전투기 개발에 대한 연구 및 논의가 활발히 이루어지고 있다. 그에 따라 6세대 전투기의 핵심 기술로 평가받는 차세대 레이다 시스템의 연구 및 개발에 대한 논의도 활발히 진행 중이다. 특히 최근 중국 언론에서 발표된 양자 레이다 시스템의 향상된 표적 검출 및 스텔스 탐지 능력은 차세대 레이다 시스템으로써 양자 레이다의 가능성을 열어두었다. 양자 레이다는 기존의 레이다 시스템을 확장한 개념으로써 빛의 양자상태인 광자 기반 신호의 송수신에 기반하여 표적을 식별한다. 이로 인해 적은 양의 광자를 사용하여 표적 검출이 가능하며 스텔스 기술의 무력화, 전자전 기술의 무력화, 보안성 강화 등 다양한 잠재력을 지닌다. 따라서 본 논문은 양자 기술의 핵심이 되는 양자 얽힘 현상과 양자 레이다 시스템의 핵심 요소인 양자 조명에 대한 전반적인 연구 동향을 살펴본다. 또한 현재까지 연구된 양자 조명의 이론적, 실험적 결과를 바탕으로 양자 조명을 레이다 시스템에 적용했을 경우의 기술적 장점과 구현의 어려움에 대해 분석한다.

한국통신학회논문지•Dec 31, 2018•1 citation

Quantum Humanities Proposal

Taesuk Oh

‘양자인문학 시론(試論)’이라는 제목의 이 글은 4차 산업혁명으로 불리는 제2차 기계시대를 맞이하여 고전역학과 다른 새로운 물리학적 세계상을 보여준 지난 백년의 양자역학의 핵심 개념과 논제들을 인문학의 관점에서 바라보고, 그것이 지닌 파급력과 융합 가능성을 필자의 용어인 ‘양자인문학’이라고 하는 새로운 시선에서 고찰하였다. 본고의 목적과 내용, 방법은 다음과 같다. 목적은 양자역학의 중요한 논제들을 인문학의 관점에서 생각하여 물리학 관련 인문융합 연구의 영역을 확장한다. 내용은 관계론적 해석에서 측정의 중요성, 파동-입자 이중성 등 양자역학의 관건적 개념과 논제들의 인문융합적 파급과 확장을 시론적으로 제시한다. 방법은 우리가 살고 있는 세계와 우주에 대한 학제적 장벽에 구속되지 않는 질문과 해석을 통해 보다 확장된 세계 이해에 다가가도록 한다. 본고의 주안점을 요약한다. 인문학과 과학의 융합의 추세 속에서 ‘양자인문학’이라는 새로운 학제를 제안한 이글은 세계 규명의 새로운 성과인 양자역학의 특징들을 인문학으로 연결시켜 미래 지향적 삶의 기반을 다지려는 의도로 시범적으로 작성되었다. 양자역학의 중요한 특징들의 이면에 자리하고 있는 플랑크상수가 야기하는 시공 불연속성과 파동-입자의 상태변화, 카를로 로벨리 등이 제기한 양자역학 관계론적 해석의 철학적 의미, 양자장의 다양한 방면으로의 응용·확장에 중점을 두어 논의를 전개하였다. 장별 내용을 요약한다. 제2장에서는 과학기술시대 인문학의 연구 확장의 필요성에 대해 기술했다. 제3장 양자역학의 주요 논제들에서는 (1) 양자역학의 특징과 핵심 개념에서 ➀ 불확정성 원리, ➁ 양자 중첩, ➂ 양자 얽힘을 설명했다. (2) 세계를 바라보는 상이한 관점들에서는 실재의 문제와 관련하여 실재론과 실증론, (3) 카를로 로벨리 등이 제기한 양자역학의 관계론적 해석을 집중 조명했다. 제4장은 양자인문학의 확장과 적용 가능성을 물리학적으로 또 철학적으로 논했다. 특히 측정과 동시에 파동에서 입자로 변하는 양자역학의 기이한 상태전이를 중심으로 양자시공간의 다양한 해석학적 의미를 보았다. 또한 필자의 전자오락 및 BTC 가격창 변화 같은 전자 관측 실험을 통하여 파동적 중첩과 입자적 발현의 다양한 분야로의 확장과 응용 가능성을 제시하였다. 그 내용들은 양자시공간론의 물리학적 토대와 양자시공간의 다양한 철학적·해석학적 도표, 플랑크상수(ℎ)에 내재된 양자 다발의 불연속성이 초래하는 파동적 비시간으로부터 입자적인 시간의 생성론, 그리고 양자장론에 입각한 양자인문학의 확장 전망이다. 지난 20년간 필자가 수백 권의 물리학 책을 읽은 후 본고를 통해 창의적으로 시도한 ‘양자인문학’의 새로운 학제적 정초와 다양한 확장의 필요성에 대한 논의들이, 관심 독자의 심화 논의를 통해 인문학 연구의 새로운 돌파를 이루어내면 좋겠다.

Korea Journal of Chinese Language and Literature•Dec 31, 2025•0 citations
본고에서는 양자역학 기반의 기계학습인 양자 기계학습의 현황과 전망을 조망하고자 한다. 양자역학 기반의 양자컴퓨팅이 보여준 혁신적인 계산속도 개선에 힘입어 기계학습 분야에 양자컴퓨팅 알고리즘을 적용하는 연구는 빅데이터 시대의 도래에 따라 최근 집중적인 관심을 받고 있다. 고전적인 기계학습 알고리즘들에 양자컴퓨팅을 접목하여 획기적인 속도개선을 가능하게 하는 알고리즘 연구들과 최초의 상용 양자컴퓨터로 화제가 되고 있는 양자 담금질 알고리즘 등을 중심으로 양자 기계학습의 최신동향과 가능성을 살펴보고자 한다.
양자 컴퓨팅은 양자역학적 특성을 이용한 신개념 컴퓨팅을 의미한다. 양자 컴퓨팅과 관련한 연구개발은 크게 활용기술 개발과 구현 기술 개발로 구분되며, 다양한 활용기술과 구현 기술이 제안되고 있다. 현재까지 다양한 구현 기술이 제안되고 있으나, 실제로 비트 컴퓨팅의 한계를 뛰어넘기 위해서는 다양한 기술적 이슈들이 해결되어야 한다. 이 과정에서 양자 컴퓨팅의 성능에 영향을 끼치는 모든 구성 요소들에 대한 기능적, 성능적 요구 수준을 명확히 분석하는 것이 매우 중요하다. 이에 따라, 양자 컴퓨팅 성능 평가 기술 연구개발도 최근 급격한 관심을 받고 있다. 관련하여 이미 다수의 양자 컴퓨팅 성능 평가 기술이 개발되었으나, 양자 컴퓨팅 시스템의 모든 구성요소 중 일부분을 주로 다루고 있거나 혹은 분석 가능 수준이 제한되는 한계점이 지적되고 있다. 이에 양자 컴퓨팅 성능 평가 기술들을 체계적으로 비교 분석하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 이를 달성하기 위하여 최초로 양자 컴퓨팅 풀 스택 구조 관점에서 분석하는 기술을 적용한다. 다음으로 양자 컴퓨팅 성능 평가 기술들을 양자 컴퓨팅 계산 성능 지표 범위(계산 시간 등)와 도출 능력(분석 시간 등) 측면에서 체계적으로 비교하였다. 결론적으로 본 연구를 통해 양자 컴퓨팅 성능 평가 기술은 아직까지는 풀 스택 구조를 모두 분석하지 못하고 있으며, 분석 기술 측면에서 해결해야 할 기술적 이슈가 많음을 확인하였다. 이를 통해 최종적으로 향후 지향해야 하는 연구개발 방향성을 제시한다.
양자컴퓨터는 양자역학적 특성을 활용하여 연산을 수행하기 때문에 특정 연산에서 기존 컴퓨터를 능가하는 매우 빠른 처리능력을 보인다. 최근 양자컴퓨터 개발이 가속화되면서 양자프로세서의 구조, 성능, 그리고 구현 기술에 대한 관심이 크게 증가하고 있다. 본 논문에서는 Amazon, Google, IBM, IonQ, Microsoft, Rigetti, QCi 등 주요 기업이 개발 중인 양자프로세서의 현황과 기술적 특징을 검토한다. 또한 다양한 양자 알고리즘을 실험하고 시뮬레이션할 수 있는 주요 양자컴퓨팅 플랫폼과 프레임워크를 소개하며, 현재의 연구 동향과 향후 발전 방향을 탐구하고자 한다.
본 고에서는 최근 IT-NT 융합 기술 중 각광받고 있는 양자 정보통신 기술의 기초 이론 및 최신 동향 그리고, 실제적인 시스템 구현을 위한 구성 요소들을 살펴보고자 한다. 양자정보통신 기술은 광자(光子)의 양자역학적 특성에 기반을 둔 기술로서 양자 이론과 밀접한 관련을 가진 기술 분야이다. 일반적으로 양자정보처리 기술은 크게 양자 컴퓨터(quantum computer)와 양자 암호화(quantum cryptography) 기술, 양자 통신(quantum communication) 등으로 구분된다. 양자정보통신의 각 분야 기술이 아직은 기초연구 수준에 있지만 세계적으로 그 중요성을 인식하고 대규모 투자를 아끼지 않는 분야이기 때문에, 이 분야에 대한 투자를 소홀히 하면 기술 종속 또는 기술 후진국으로 전락할 수도 있다. 그러므로, 본 고에서는 외국의 기술 발전 추세에 대처하고 자체적인 관련 기반 기술을 확보하기 위한 기초 이론과 기술 동향에 대해 간략히 살펴보기로 한다.
양자 컴퓨팅과 양자 기술은 암호학과 국방산업 등 다양한 분야에서 기존의 한계를 극복하고 새로운 패러다임을 제공하는 혁신적인 도구로 간주 되고 있다. 이러한 큰 영향력이 기대됨에도 불구하고 양자 컴퓨팅과 양자 기술을 사용할 수 있게 도와주는 양자 코딩에 대한 관심은 상대적으로 적은 것이 사실이다. 최근에는 접근성이 용이한 양자 코딩 플랫폼의 등장으로 실제 양자 컴퓨터를 활용하거나 양자 시뮬레이터를 통해 양자 코드를 작성하고 동작시킬 수 있는 환경이 조성되고 있다. 이에 따라 본 논문은 상용화된 양자 코딩 플랫폼들을 소개하고 큐비트와 양자 게이트에 대해 알아본다. 또, 이를 바탕으로 IBM의 Qiskit을 활용하여 고전 리플 캐리 덧셈(RCA) 알고리즘을 양자 RCA 회로로 구현하는 과정을 상세히 소개한다.
최근 미국, 유럽, 중국을 중심으로 2030년 전후 실전배치를 목표로 6세대 전투기 개발에 대한 연구 및 논의가 활발히 이루어지고 있다. 그에 따라 6세대 전투기의 핵심 기술로 평가받는 차세대 레이다 시스템의 연구 및 개발에 대한 논의도 활발히 진행 중이다. 특히 최근 중국 언론에서 발표된 양자 레이다 시스템의 향상된 표적 검출 및 스텔스 탐지 능력은 차세대 레이다 시스템으로써 양자 레이다의 가능성을 열어두었다. 양자 레이다는 기존의 레이다 시스템을 확장한 개념으로써 빛의 양자상태인 광자 기반 신호의 송수신에 기반하여 표적을 식별한다. 이로 인해 적은 양의 광자를 사용하여 표적 검출이 가능하며 스텔스 기술의 무력화, 전자전 기술의 무력화, 보안성 강화 등 다양한 잠재력을 지닌다. 따라서 본 논문은 양자 기술의 핵심이 되는 양자 얽힘 현상과 양자 레이다 시스템의 핵심 요소인 양자 조명에 대한 전반적인 연구 동향을 살펴본다. 또한 현재까지 연구된 양자 조명의 이론적, 실험적 결과를 바탕으로 양자 조명을 레이다 시스템에 적용했을 경우의 기술적 장점과 구현의 어려움에 대해 분석한다.
‘양자인문학 시론(試論)’이라는 제목의 이 글은 4차 산업혁명으로 불리는 제2차 기계시대를 맞이하여 고전역학과 다른 새로운 물리학적 세계상을 보여준 지난 백년의 양자역학의 핵심 개념과 논제들을 인문학의 관점에서 바라보고, 그것이 지닌 파급력과 융합 가능성을 필자의 용어인 ‘양자인문학’이라고 하는 새로운 시선에서 고찰하였다. 본고의 목적과 내용, 방법은 다음과 같다. 목적은 양자역학의 중요한 논제들을 인문학의 관점에서 생각하여 물리학 관련 인문융합 연구의 영역을 확장한다. 내용은 관계론적 해석에서 측정의 중요성, 파동-입자 이중성 등 양자역학의 관건적 개념과 논제들의 인문융합적 파급과 확장을 시론적으로 제시한다. 방법은 우리가 살고 있는 세계와 우주에 대한 학제적 장벽에 구속되지 않는 질문과 해석을 통해 보다 확장된 세계 이해에 다가가도록 한다. 본고의 주안점을 요약한다. 인문학과 과학의 융합의 추세 속에서 ‘양자인문학’이라는 새로운 학제를 제안한 이글은 세계 규명의 새로운 성과인 양자역학의 특징들을 인문학으로 연결시켜 미래 지향적 삶의 기반을 다지려는 의도로 시범적으로 작성되었다. 양자역학의 중요한 특징들의 이면에 자리하고 있는 플랑크상수가 야기하는 시공 불연속성과 파동-입자의 상태변화, 카를로 로벨리 등이 제기한 양자역학 관계론적 해석의 철학적 의미, 양자장의 다양한 방면으로의 응용·확장에 중점을 두어 논의를 전개하였다. 장별 내용을 요약한다. 제2장에서는 과학기술시대 인문학의 연구 확장의 필요성에 대해 기술했다. 제3장 양자역학의 주요 논제들에서는 (1) 양자역학의 특징과 핵심 개념에서 ➀ 불확정성 원리, ➁ 양자 중첩, ➂ 양자 얽힘을 설명했다. (2) 세계를 바라보는 상이한 관점들에서는 실재의 문제와 관련하여 실재론과 실증론, (3) 카를로 로벨리 등이 제기한 양자역학의 관계론적 해석을 집중 조명했다. 제4장은 양자인문학의 확장과 적용 가능성을 물리학적으로 또 철학적으로 논했다. 특히 측정과 동시에 파동에서 입자로 변하는 양자역학의 기이한 상태전이를 중심으로 양자시공간의 다양한 해석학적 의미를 보았다. 또한 필자의 전자오락 및 BTC 가격창 변화 같은 전자 관측 실험을 통하여 파동적 중첩과 입자적 발현의 다양한 분야로의 확장과 응용 가능성을 제시하였다. 그 내용들은 양자시공간론의 물리학적 토대와 양자시공간의 다양한 철학적·해석학적 도표, 플랑크상수(ℎ)에 내재된 양자 다발의 불연속성이 초래하는 파동적 비시간으로부터 입자적인 시간의 생성론, 그리고 양자장론에 입각한 양자인문학의 확장 전망이다. 지난 20년간 필자가 수백 권의 물리학 책을 읽은 후 본고를 통해 창의적으로 시도한 ‘양자인문학’의 새로운 학제적 정초와 다양한 확장의 필요성에 대한 논의들이, 관심 독자의 심화 논의를 통해 인문학 연구의 새로운 돌파를 이루어내면 좋겠다.