(128 관리 1-13) 큐비트(Qubit)

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제 1 교시

13. 큐비트(Qubit)에 대하여 설명하시오.

 

두음 및 연상 스토리 설명

 

멘토링

양자 암호통신, QKD, PQC 등 양자 컴퓨팅과 관련된 유사 토픽이 이미 출제된바 있기 때문에
큐비트에 대해 많은 예비 기술사님들이 알고 계셨을 거라 판단됩니다.

이 문제는
큐비트의 정확한 개념, 블로흐 구면 기반 개념도와 켓/확률 진폭을 이용한 수식 표현, 
기존 컴퓨터와의 특성 비교를 설명한다면
고득점이 예상됩니다.

 

기출문제

 

(관리 128-4-4)
최근 정보통신의 발전으로 인해 도감청이 불가능한 양자 암호통신에 대한 관심이 높아지고 있다. 
양자 암호통신에 대하여 다음을 설명하시오.

가. 양자 암호통신의 암호키 분배방식
나. 양자 암호통신의 주요기술
다. 양자 암호통신의 취약점

 

(관리 125-1-9)
포스트 양자 암호(Post-Quantum Cryptography)

 

(관리 117-1-3)
양자 암호 통신

 

풀이전략

 

1. 양자 컴퓨터의 기본, 최소 단위 '큐비트' 의 개념
 - 양자 정보 시스템에서 사용하는 수학적으로 정의된 정보의 기본 단위
 - 양자 컴퓨터는 정보를 0과 1의 상태를 동시에 갖는 큐비트 단위로 처리하고 저장

 

2. 큐비트의 개념도와 특성

 가. 큐비트의 개념도

 나. 큐비트의 특성

※ 블로흐 구면으로 개념도 그리고, 켓 (|0>, |1>)과 확률 진폭(α, β)을 이용하여 수식을 표현

<출처> TTA 정보통신용어 사전

 

순수 큐비트 상태는 이 두 상태의 선형 양자 중첩이며,

따라서 모든 큐비트는

의 선형 조합으로 다음과 같이 나타낼 수 있다

이 때 α와 β는 복소수인 확률 진폭이며, 다음 식을 만족한다

따라서 계의 두 상태에서 측정될 총 확률은 1이 된다.

 

3. 기존 컴퓨터와 양자 컴퓨터간 비교

 - 연산 단위, 값 상태, 연산 방식, 상태 변화 등 다양한 관점으로 비교

 

구분	기존 컴퓨터	양자 컴퓨터
정보 단위	비트 (bit)	큐비트(Qubit)
정보 상태	단독 존재 (0 또는 1)	동시 존재 (0, 1)
처리 방식	순차 처리	동시 처리
상태 변화	고정	불확정 (측정시 확정)

- 큐비트는 둘 이상의 양자 상태가 확률적으로 공존하는 상태인 양자중첩 특성 보유

 

 

 

참고 자료

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TTA정보통신용어사전

TTA정보통신용어사전

 

동의어 : 퀀텀 비트(quantum bit)

양자 정보 시스템에서 사용하는 수학적으로 정의된 정보의 기본 단위

퀀텀 비트(quantum bit)의 줄임말이다. 

 

현대 정보시스템, 특히 컴퓨터에서 사용되는 정보의 단위는 비트(bit)이다.

이와 유사하게 양자 정보시스템에서 사용되는 최소 정보 단위를 퀀텀 비트(quantum bit), 줄여서 큐비트(qubit)라고 한다. 

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큐비트 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전 (wikipedia.org)

큐비트 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전

큐비트(영어: qubit)는 양자 컴퓨터로 계산할 때의 기본 단위이다. '양자비트'(영어: quantum bit)라고도 한다.

일반 컴퓨터는 정보를 0과 1의 비트단위로 처리하고 저장하는 반면

양자 컴퓨터는 정보를 0과 1의 상태를 동시에 갖는 큐비트 단위로 처리하고 저장한다.

 

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[ 양자 알고리즘 ] 쇼어(Shor) , 그로브(Grove) 알고리즘 개념 및 이해 : 네이버 블로그 (naver.com)

[ 양자 알고리즘 ] 쇼어(Shor) , 그로브(Grove) 알고리즘 개념 및 이해

 

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양자중첩 - 해시넷 (hash.kr)

양자중첩 - 해시넷

양자중첩(Quantum superposition)은 가장 근본적인 양자 현상으로, 둘 이상의 양자 상태가 확률적으로 공존하는 상태를 말한다.

 

상태를 관측하기 전에는 측정에 의한 여러 결과가 확률적으로 동시에 존재한다.양자중첩은 여러 상태가 확률적으로 하나의 양자에 동시에 존재하며, 측정하기 전까지는 양자 상태를 정확히 파악할 수 없는 상태를 가리킨다.

 

큐비트

양자중첩은 큐비트를 만든다. 이 큐비트는 양자비트라고도 불린다. 일반적인 컴퓨터는 비트를 기본적인 정보 단위로 사용하는데, 0과 1 두 가지 상태 중 하나를 선택한다. 실제로는 트랜지스터에서 전기가 통하는가, 그렇지 않은가 여부에 따라 두 상태에 0과 1을 부여한다. 즉, 한 개의 트랜지스터가 곧 하나의 정보 단위이며, 이는 1비트라고 불린다. 따라서 만약 트랜지스터가 두 개라면 00, 01, 10, 11이라는 네 가지 정보 중에서 하나를 선택할 수 있다. 양자 컴퓨터는 큐비트라는 단위를 사용한다. 기본적으로 하나의 큐비트는 네 가지 정보를 담을 수 있는데, 이 큐비트는 양자비트라고도 불린다. 비트가 트랜지스터의 전류 허용 여부에 의해 결정되는 것처럼, 큐비트는 전자의 스핀 방향에 의해서 결정된다. 스핀은 전자의 회전 방향을 말하는데, 여기서 전자가 실제로 회전한다는 뜻은 아니다. 이 회전 방향이 주어진 자기장의 방향과 같은지, 아니면 다른지에 따라서 0과 1로 정해진다

 

양자 암호화는 양자중첩, 양자얽힘, 불확정성 세 가지 특성을 가진다

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