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한국통신학회지(정보와통신)

양자계산화학 응용을 위한 양자컴퓨팅

김용수, 허준석

Published Feb 1, 2021• 0 citations
OpenAlex

Abstract

본고에서 우리는 고전컴퓨터를 이용한 양자화학 계산 방법론을 살펴보고, 이것이 어떻게 양자컴퓨터를 이용한 양자계산화학에 적용되는지 알아본다. 특히, 고전-양자 하이브리드 컴퓨팅 방식을 이용하여 NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum) 수준의 양자컴퓨터에서도 유용한 양자화학계산에 활용할 수 있을 것으로 기대되는 Variational Quantum Eigensolver (VQE)를 살펴보고, 최신 국내외 연구결과를 소개한다. 또한 최근 양자이득을 보이는데 활용된 가우시안 보존샘플링이 어떻게 양자화학의 분자진동 문제와 연결되는지 살펴봄으로써 고전컴퓨터로 다다를 수 없는 영역에 대한 양자계산화학 탐구가 이미 시작되었음을 보인다.

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Graph state 기법을 이용한 6-큐비트 양자 오류 정정 부호 설계

신정환, 허준

본 고에서는 그래프 상태(graph state)를 이용하여 양자 오류 정정 부호를 설계하는 기법에 대해서 알아본다. 그래프 상태는 꼭짓점과 각 꼭짓점을 연결하는 변으로 구성된다. 그래프 상태에서 각 꼭지점은 실제 코드워드의 각 큐비트에 해당하며 꼭지점을 연결하는 변은 양자 오류 정정 부호의 부호화 방식을 결정한다. 본 고에서는 그래프 상태의 특성을 알아보고 그래프 상태 기반 양자 오류 정정 부호 설계 기법을 이용하여 단일 오류를 검출할 수 있는 6-큐비트 양자 오류 정정 부호 설계 방법에 대해 알아본다.

한국통신학회지(정보와통신)•Jul 1, 2015•0 citations

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

양자키분배와 RSA 암호를 활용한 이중키 설정 키유도함수

박호중, 배민영, 강주성 +1 more

안전한 통신 시스템을 갖추기 위해서는 안전한 암호 알고리즘의 사용과 안전한 암호키 사용이 필수적이다. 현대 암호에서는 표준화된 키유도함수(Key derivation function)를 통해 안전한 암호키를 생성한다. 최근에는 양자물리의 성질을 이용한 양자키분배(Quantum key distribution, 이하 QKD) 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있어, 현대 암호시스템의 안정성 향상에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 이러한 관점에서 양자 암호와 현대 암호를 결합한 이중키 설정에 대한 연구가 요구된다. 본 논문에서는 양자키분배(QKD)와 현대 암호시스템인 RSA를 조합하여 안전한 키를 생성하는 두 가지의 키유도함수를 제안한다. 또한, 시뮬레이션을 통하여 생성된 암호키의 엔트로피를 측정하는 방법으로 제안한 키유도함수의 유효성을 살펴본다.

한국통신학회논문지•Apr 1, 2016•0 citations

Recent Advances and Trends in Hybrid Quantum-Classical Computing

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.

Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society•Nov 30, 2025•0 citations

Advances in Quantum Computing and Platform Trends

Gyeongju Song, SeYoung Yoon, Hwajeong Seo

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

A Comprehensive Survey on Circuit Optimization for Quantum Error Syndrome Measurement

Eunyoung Cho, Gyu‐Il Cha

대규모 실용적 내결함성 양자 컴퓨팅 구현을 위해서는 시공간 자원 부담을 최소화하는 엄격한 양자 오류 정정 전략이 필수적이다. 물리적 오류는 논리 큐비트로 인코딩 되어 반복적으로 정정되며, 다양한 하드웨어 플랫폼에서 구현되는 신드롬 추출 회로는 체계적으로 최적화되고 있다. 이에 양자 오류 정정 분야에서 신드롬 측정 회로의 최적화 동향을 종합적으로 조사하여 정리하였다. 본문에서는 보조 큐비트 사용, 회로 깊이 및 게이트 수를 줄이고 병렬성을 향상시키며, 현실적인 회로 수준 잡음 모델을 통합하기 위한 최근 접근 방식을 종합적으로 검토한다. 특히 플래그 기반 신드롬 추출, 중간 회로 측정, 적응형 신드롬 추출 기법 등을 분석하고, 자동 합성과 다양한 하드웨어 시연 사례를 통해 실현 가능성과 성숙도를 논의한다. 마지막으로 최신 디코더 연구를 참조하여 회로 설계와 디코더의 공동 최적화 관점을 살펴보며, 향후 연구의 전략적 방향을 모색한다.

한국통신학회논문지•May 20, 2026•0 citations
본고에서 우리는 고전컴퓨터를 이용한 양자화학 계산 방법론을 살펴보고, 이것이 어떻게 양자컴퓨터를 이용한 양자계산화학에 적용되는지 알아본다. 특히, 고전-양자 하이브리드 컴퓨팅 방식을 이용하여 NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum) 수준의 양자컴퓨터에서도 유용한 양자화학계산에 활용할 수 있을 것으로 기대되는 Variational Quantum Eigensolver (VQE)를 살펴보고, 최신 국내외 연구결과를 소개한다. 또한 최근 양자이득을 보이는데 활용된 가우시안 보존샘플링이 어떻게 양자화학의 분자진동 문제와 연결되는지 살펴봄으로써 고전컴퓨터로 다다를 수 없는 영역에 대한 양자계산화학 탐구가 이미 시작되었음을 보인다.
본 고에서는 그래프 상태(graph state)를 이용하여 양자 오류 정정 부호를 설계하는 기법에 대해서 알아본다. 그래프 상태는 꼭짓점과 각 꼭짓점을 연결하는 변으로 구성된다. 그래프 상태에서 각 꼭지점은 실제 코드워드의 각 큐비트에 해당하며 꼭지점을 연결하는 변은 양자 오류 정정 부호의 부호화 방식을 결정한다. 본 고에서는 그래프 상태의 특성을 알아보고 그래프 상태 기반 양자 오류 정정 부호 설계 기법을 이용하여 단일 오류를 검출할 수 있는 6-큐비트 양자 오류 정정 부호 설계 방법에 대해 알아본다.
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.
안전한 통신 시스템을 갖추기 위해서는 안전한 암호 알고리즘의 사용과 안전한 암호키 사용이 필수적이다. 현대 암호에서는 표준화된 키유도함수(Key derivation function)를 통해 안전한 암호키를 생성한다. 최근에는 양자물리의 성질을 이용한 양자키분배(Quantum key distribution, 이하 QKD) 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있어, 현대 암호시스템의 안정성 향상에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 이러한 관점에서 양자 암호와 현대 암호를 결합한 이중키 설정에 대한 연구가 요구된다. 본 논문에서는 양자키분배(QKD)와 현대 암호시스템인 RSA를 조합하여 안전한 키를 생성하는 두 가지의 키유도함수를 제안한다. 또한, 시뮬레이션을 통하여 생성된 암호키의 엔트로피를 측정하는 방법으로 제안한 키유도함수의 유효성을 살펴본다.
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.
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.
대규모 실용적 내결함성 양자 컴퓨팅 구현을 위해서는 시공간 자원 부담을 최소화하는 엄격한 양자 오류 정정 전략이 필수적이다. 물리적 오류는 논리 큐비트로 인코딩 되어 반복적으로 정정되며, 다양한 하드웨어 플랫폼에서 구현되는 신드롬 추출 회로는 체계적으로 최적화되고 있다. 이에 양자 오류 정정 분야에서 신드롬 측정 회로의 최적화 동향을 종합적으로 조사하여 정리하였다. 본문에서는 보조 큐비트 사용, 회로 깊이 및 게이트 수를 줄이고 병렬성을 향상시키며, 현실적인 회로 수준 잡음 모델을 통합하기 위한 최근 접근 방식을 종합적으로 검토한다. 특히 플래그 기반 신드롬 추출, 중간 회로 측정, 적응형 신드롬 추출 기법 등을 분석하고, 자동 합성과 다양한 하드웨어 시연 사례를 통해 실현 가능성과 성숙도를 논의한다. 마지막으로 최신 디코더 연구를 참조하여 회로 설계와 디코더의 공동 최적화 관점을 살펴보며, 향후 연구의 전략적 방향을 모색한다.