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Journal of Korean institute of intelligent systems

A Quantum Gate-based Fuzzy Inference Computation for Fuzzy Rules with Fuzzy Singleton Consequent

Heesoo Hwang

Published Apr 30, 2026• 0 citations
Publisher

Abstract

양자 계산을 퍼지 추론에 도입한 기존 연구는 퍼지 추론의 집계 과정에만 양자 계산을 적용하는 한계가 있었다. 본 논문에서는 퍼지화 및 비퍼지화 연산을 제외한 나머지 추론 과정을 양자 계산으로 처리하는 방법을 제안한다. 이를 위해 후건부는 퍼지 싱글톤을 갖는 퍼지 규칙을 사용한다. 활성화될 퍼지 규칙의 전건부 탐색, 전건부 적합도 계산 및 후건부 퍼지 싱글톤의 함의 과정은 양자 계산으로 병렬처리 된다. 퍼지 규칙 베이스는 양자 컴퓨터에서 프로그램 되고 실행되는 양자 회로로 구현된다. 비퍼지화는 양자회로의 측정을 통해 얻어진 값을 전통적인 덧셈 연산으로 처리된다. 예시 퍼지 규칙 베이스 시스템에 대해 제안된 방법을 시뮬레이션 하고 계산 정확도와 계산 복잡도로 그 성능을 평가한다. 기존 컴퓨팅 방식에서 집계와 함의 연산의 계산 복잡도가 𝘖(𝑚𝑛)이지만 본 논문에서 제안한 방식은 규칙베이스에 대한 질의 𝘖(₁)으로 이루어진다.

DOI
10.5391/jkiis.2026.36.2.91

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Implementation of Fuzzy Inference Using Quantum Computing

Heesoo Hwang

양자 컴퓨터는 중첩 및 얽힘과 같은 양자 역학 원리를 활용하여 전통적인 컴퓨터에 비해 혁신적인 병렬 처리를 구현한다 본 논문에서는 빅데이터나 . 분산 시스템과 같은 복잡한 환경에서 빠른 퍼지 추론이 가능하도록 퍼지 입력 변수의 모든 조합에 대응하는 전건부의 탐색, 전건부 적합도 계산 및 전건부에 대응하는 후건부 멤버십 함수의 탐색을 양자 계산으로 병렬 처리하는 퍼지 추론 방법을 제안한다. 제안된 방법에서 퍼지 규칙베이스는 양자컴퓨터에서 프로그램 되고 실행될 수 있도록 양자 회로로 구현된다. 제안된 방법은 예시 퍼지 규칙 베이스 시스템을 대상으로 IBM Q 백엔드로 시뮬레이션 되고 계산 정확도와 복잡도로 퍼지 추론의 성능을 평가한다.

Journal of Korean institute of intelligent systems•Aug 31, 2025•0 citations

Exploiting Quantum Parallel Processing for Fast Fuzzy Inference

Heesoo Hwang

본 논문에서는 퍼지 집합의 언어 표현 및 처리 능력과 양자 컴퓨터의 병렬 처리 장점을 결합한 양자 퍼지 추론 방법을 제시한다. 양자 컴퓨터는 중첩 및 얽힘과 같은 양자 역학 원리를 활용하여 고전 컴퓨터에 비해 더 효율적인 병렬 처리를 구현한다. 대규모의 퍼지 규칙에도 빠른 퍼지 추론이 가능하도록 양자 컴퓨터의 병렬 처리 기능을 퍼지 추론에 활용하는 두 가지 방법을 제시한다: 입력 퍼지 값을 전건부 코드에 매핑한 후 규칙 베이스를 검색하는 방법과 입력 퍼지 값을 후건부 퍼지 집합에 직접 매핑하는 방법. 기존 퍼지 추론 및 양자 퍼지추론 방식과의 성능 비교를 통해 제시한 방법을 평가한다.

Journal of Korean institute of intelligent systems•Oct 31, 2024•0 citations

Sequential Gate Merging Technique for Accelerating Quantum Circuit Simulation

Seungwoo Choi, Enhyeok Jang, Young‐Min Kim +1 more

양자 회로 시뮬레이션은 양자 하드웨어 및 소프트웨어의 검증에 필수적인 역할을 한다. 양자 회로 시뮬레이션은 초기 양자 상태를 나타내는 벡터에 주어진 양자 회로 내의 게이트들에 대응되는 행렬 연산을 순차적으로 수행하는 과정으로 이루어진다. 이 때, 더 빠르고 효율적인 시뮬레이션을 위해 인접한 게이트들을 병합하여 더 큰 게이트로 변환한 뒤 한 번에 연산을 수행하는 게이트 병합 기법이 활용된다. 최신 양자 회로 시뮬레이터인 Qulacs는 회로 내에 모든 양자 게이트 쌍에 대해 두 게이트의 인접 가능성을 확인한 후, 사용자로부터 입력받은 값을 기준으로 특정 블록 사이즈 이하의 Target 큐비트 개수를 가지는 게이트로 병합하는 기법을 제공한다. 하지만 이런 식으로 단일 블록 사이즈를 사용한 게이트 병합 기법은 조건을 만족하는 게이트들을 너무 빠르게 병합해 버리기 때문에, 이후 게이트들에서 더 나은 병합 기회를 놓칠 가능성이 크다는 한계가 있다. 이를 개선하기 위해 우리는 블록 사이즈를 점진적으로 늘려 가며 게이트 최적화를 적용하는 순차적 게이트 병합 기법을 제안한다. 이 기법을 사용하면 게이트들이 점진적으로 병합되어 최종적으로 더 적은 수의 병합된 게이트로 회로 시뮬레이션이 가능해진다. 제안된 순차적 게이트 병합 기법을 MQT benchmark 회로들에 적용한 결과, 평균적으로 Qulacs의 최고 성능 대비 29.9%의 시뮬레이션 속도 향상을 달성할 수 있음을 보였다.

Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers•Mar 31, 2025•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

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

The analysis of quantum network simulators

남서울대학교 컴퓨터소프트웨어학과 교수, Hyuncheol Kim

양자암호통신 시장의 신속한 도입과 확대를 위해서는 전용 링크와 네트워크로 구성된 양자암호 통신망을 구축하는 것을 넘어, 더 광범위한 인프라와 서비스 모델이 필요하다. 현재 단계에서는 실제 양자 통신망을 구축하고 이를 실질적으로 활용하는 연구 가 활발히 이루어지고 있지만, 초기 비용이 매우 높다는 점에서 큰 제약이 있다. 따라서 양자 통신망의 구성 및 활용연구를 효과 적으로 수행하기 위해서는 QKDNetSim, NetSquid, 그리고 SeQUeNCe와 같은 양자암호 통신망 시뮬레이션 툴에 대한 기본적인 조사와 활용 방안의 연구가 필수적이다. 본 논문에서는 오픈소스 양자암호 통신망 시뮬레이터의 요구사항과 각 툴의 특징을 체 계적으로 분석하였다. 이를 통해 시뮬레이터들이 제공하는 기능, 장점 및 단점을 비교하고, 이들 시뮬레이터를 활용하여 양자 통 신망의 성능을 극대화하고, 보다 안전하고 효율적인 양자암호통신 솔루션을 개발하는 데 필요한 통찰력을 제공하고자 한다.

Jouranl of Information and Security•Oct 31, 2024•0 citations
양자 계산을 퍼지 추론에 도입한 기존 연구는 퍼지 추론의 집계 과정에만 양자 계산을 적용하는 한계가 있었다. 본 논문에서는 퍼지화 및 비퍼지화 연산을 제외한 나머지 추론 과정을 양자 계산으로 처리하는 방법을 제안한다. 이를 위해 후건부는 퍼지 싱글톤을 갖는 퍼지 규칙을 사용한다. 활성화될 퍼지 규칙의 전건부 탐색, 전건부 적합도 계산 및 후건부 퍼지 싱글톤의 함의 과정은 양자 계산으로 병렬처리 된다. 퍼지 규칙 베이스는 양자 컴퓨터에서 프로그램 되고 실행되는 양자 회로로 구현된다. 비퍼지화는 양자회로의 측정을 통해 얻어진 값을 전통적인 덧셈 연산으로 처리된다. 예시 퍼지 규칙 베이스 시스템에 대해 제안된 방법을 시뮬레이션 하고 계산 정확도와 계산 복잡도로 그 성능을 평가한다. 기존 컴퓨팅 방식에서 집계와 함의 연산의 계산 복잡도가 𝘖(𝑚𝑛)이지만 본 논문에서 제안한 방식은 규칙베이스에 대한 질의 𝘖(₁)으로 이루어진다.
양자 컴퓨터는 중첩 및 얽힘과 같은 양자 역학 원리를 활용하여 전통적인 컴퓨터에 비해 혁신적인 병렬 처리를 구현한다 본 논문에서는 빅데이터나 . 분산 시스템과 같은 복잡한 환경에서 빠른 퍼지 추론이 가능하도록 퍼지 입력 변수의 모든 조합에 대응하는 전건부의 탐색, 전건부 적합도 계산 및 전건부에 대응하는 후건부 멤버십 함수의 탐색을 양자 계산으로 병렬 처리하는 퍼지 추론 방법을 제안한다. 제안된 방법에서 퍼지 규칙베이스는 양자컴퓨터에서 프로그램 되고 실행될 수 있도록 양자 회로로 구현된다. 제안된 방법은 예시 퍼지 규칙 베이스 시스템을 대상으로 IBM Q 백엔드로 시뮬레이션 되고 계산 정확도와 복잡도로 퍼지 추론의 성능을 평가한다.
본 논문에서는 퍼지 집합의 언어 표현 및 처리 능력과 양자 컴퓨터의 병렬 처리 장점을 결합한 양자 퍼지 추론 방법을 제시한다. 양자 컴퓨터는 중첩 및 얽힘과 같은 양자 역학 원리를 활용하여 고전 컴퓨터에 비해 더 효율적인 병렬 처리를 구현한다. 대규모의 퍼지 규칙에도 빠른 퍼지 추론이 가능하도록 양자 컴퓨터의 병렬 처리 기능을 퍼지 추론에 활용하는 두 가지 방법을 제시한다: 입력 퍼지 값을 전건부 코드에 매핑한 후 규칙 베이스를 검색하는 방법과 입력 퍼지 값을 후건부 퍼지 집합에 직접 매핑하는 방법. 기존 퍼지 추론 및 양자 퍼지추론 방식과의 성능 비교를 통해 제시한 방법을 평가한다.
양자 회로 시뮬레이션은 양자 하드웨어 및 소프트웨어의 검증에 필수적인 역할을 한다. 양자 회로 시뮬레이션은 초기 양자 상태를 나타내는 벡터에 주어진 양자 회로 내의 게이트들에 대응되는 행렬 연산을 순차적으로 수행하는 과정으로 이루어진다. 이 때, 더 빠르고 효율적인 시뮬레이션을 위해 인접한 게이트들을 병합하여 더 큰 게이트로 변환한 뒤 한 번에 연산을 수행하는 게이트 병합 기법이 활용된다. 최신 양자 회로 시뮬레이터인 Qulacs는 회로 내에 모든 양자 게이트 쌍에 대해 두 게이트의 인접 가능성을 확인한 후, 사용자로부터 입력받은 값을 기준으로 특정 블록 사이즈 이하의 Target 큐비트 개수를 가지는 게이트로 병합하는 기법을 제공한다. 하지만 이런 식으로 단일 블록 사이즈를 사용한 게이트 병합 기법은 조건을 만족하는 게이트들을 너무 빠르게 병합해 버리기 때문에, 이후 게이트들에서 더 나은 병합 기회를 놓칠 가능성이 크다는 한계가 있다. 이를 개선하기 위해 우리는 블록 사이즈를 점진적으로 늘려 가며 게이트 최적화를 적용하는 순차적 게이트 병합 기법을 제안한다. 이 기법을 사용하면 게이트들이 점진적으로 병합되어 최종적으로 더 적은 수의 병합된 게이트로 회로 시뮬레이션이 가능해진다. 제안된 순차적 게이트 병합 기법을 MQT benchmark 회로들에 적용한 결과, 평균적으로 Qulacs의 최고 성능 대비 29.9%의 시뮬레이션 속도 향상을 달성할 수 있음을 보였다.
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.
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.
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