ChatGPT가 정리한 :: 양자 컴퓨팅 초보자 가이드 | Shohini Ghose

A beginner's guide to quantum computing | Shohini Ghose

https://www.youtube.com/watch?v=QuR969uMICM 

 

 

 

[ 요약 ]

라스베이거스 카지노에서 컴퓨터 게임을 한다. 인간 플레이어처럼 컴퓨터가 게임에서 움직일 수 있다. 이는 동전 게임으로, 머리가 나오면 컴퓨터가 이기고, 꼬리가 나오면 플레이어가 이긴다. 이 게임에서 이길 확률은 50%이며, 여러 학생들이 이 게임을 해봤을 때, 승률은 예상대로 50% 또는 50%에 가깝다.

양자 컴퓨터는 기본 입자의 동작을 제어하여 작동하는 일반 컴퓨터와는 다른 종류의 장치이며, 전 세계의 기업들이 이를 만들기 위해 노력하고 있다. IBM의 양자 컴퓨터를 이용해 게임을 플레이할 수 있다. 양자 컴퓨터는 우리 삶의 많은 측면에 영향을 미칠 수 있는 잠재력을 가지고 있으며, 이를 이해하기 위해 게임을 해보는 것이 흥미롭다.

테드로부터 이메일을 받아 동전 던지기를 할 것인지 아닌지 물어봤고, 실제로는 동그라미와 사각형 중 하나를 선택하는 것이었으며, 동그라미를 선택하면 동전을 던지라는 뜻이었다. 372개의 응답을 받았고, 양자 컴퓨터와 372개의 게임을 한 결과 양자 컴퓨터가 대부분의 게임에서 이겼다. 양자 컴퓨터는 일반 컴퓨터와 다르게 양자 비트를 사용하며, 이는 보다 유동적이고 2진법이 아닌 정체성을 가진다.

양자 컴퓨터는 중첩과 불확실성을 활용하여 승리하며,
이러한 양자 속성은 개인 키 생성 및 보안에 이용될 수 있으며,
미래의 양자 기술을 구축하는 데도 강력하다.

신중하고 책임감 있게 나아가야 하며,
양자 물리학은 양자 컴퓨터를 구축하기 위한 도구로만 보지 않아야 합니다.
양자 컴퓨터는 우주의 신비를 탐구하고 숨겨진 세계를 밝혀낼 수 있는 방법입니다.
우주를 탐구하는 것은 놀라운 일이며, 우주는 우리에게 보답합니다.
미래는 불확실하지만 흥미진진한 일입니다.

깨지지 않는 암호화는 테스트 중
전 세계적으로 170억 개 이상의 연결된 디바이스 사용
양자 기술은 의료 및 의학에도 혁신 가능
양자 컴퓨터는 대규모 양자 시뮬레이션 가능, 신약 개발 등에 활용 가능
정보의 순간이동은 양자 입자의 유동적인 정체성 때문에 가능
양자 네트워크 시뮬레이션으로 다양한 새로운 프로토콜 구현
양자 물리학자로서 매우 재미있고 추천함

신중하고 책임감 있게 나아가야 하며,
양자 물리학은 양자 컴퓨터를 구축하기 위한 도구로만 보지 않아야 합니다.
양자 컴퓨터는 우주의 신비를 탐구하고 숨겨진 세계를 밝혀낼 수 있는 방법입니다.
우주를 탐구하는 것은 놀라운 일이며, 우주는 우리에게 보답합니다.
미래는 불확실하지만 흥미진진한 일입니다.

 

[ 한글 번역 ]

게임을 해봅시다.
라스베이거스의 카지노에 있다고 상상해 보세요,
카지노의 컴퓨터 중 하나에서 게임을 하기로 결정했다고 상상해 보세요,
솔리테어나 테스를 플레이하는 것처럼요.
컴퓨터는 인간 플레이어처럼 게임에서 움직일 수 있습니다.
그리고 카지노의 컴퓨터 중 하나에서 게임을 할 수 있습니다,
솔리테어나 테스를 플레이하는 것처럼요.
컴퓨터는 인간 플레이어처럼 게임에서 움직일 수 있습니다.
이것은 동전 게임입니다.
머리가 보이는 동전으로 시작합니다,
컴퓨터가 먼저 플레이합니다.
컴퓨터는 동전을 던질지 말지 선택할 수 있습니다,
하지만 결과는 볼 수 없습니다.
다음은 여러분의 차례입니다.
동전을 던질지 말지 선택할 수도 있습니다,
이 경우 상대인 컴퓨터에게 내 움직임이 공개되지 않습니다.
마지막으로 컴퓨터가 다시 플레이하고 동전을 던지거나 던지지 않을 수 있습니다,
이 세 라운드가 끝나면 동전이 공개됩니다.
앞면이 나오면 컴퓨터가 승리합니다.
꼬리가 있으면 당신이 이깁니다.
아주 간단한 게임입니다,
모두가 정직하게 플레이하고 동전이 공평하다면,
이 게임에서 이길 확률은 50%입니다.
그리고 그것을 확인하기 위해,
학생들에게 컴퓨터로 이 게임을 해보라고 했어요,
여러 번 시도한 결과
예상대로 학생들의 승률은 50% 또는 50%에 가까웠습니다,
예상대로 말이죠.
지루한 게임 같죠?
하지만 이 게임을 양자 컴퓨터에서 할 수 있다면 어떨까요?
제가 아는 한 라스베이거스 카지노에는 양자 컴퓨터가 없습니다,
하지만 IBM은 작동하는 양자 컴퓨터를 만들었습니다.
여기 있습니다.
하지만 양자 컴퓨터란 무엇일까요?
양자 물리학은 원자와 전자와 같은 기본 입자의 행동을 설명합니다.
전자와 광자 같은 기본 입자의 행동을 설명합니다.
따라서 양자 컴퓨터는 이러한 입자의 동작을 제어하여 작동합니다,
일반 컴퓨터와는 완전히 다른 방식으로 작동합니다.
따라서 양자 컴퓨터는 단순히 현재 컴퓨터의 더 강력한 버전이 아닙니다.
더 강력한 버전이 아닙니다.
전구가 더 강력한 양초가 아닌 것처럼 말입니다.
더 좋은 양초를 만들어서 전구를 만들 수는 없습니다.
전구는 다른 기술입니다,
더 깊은 과학적 이해를 기반으로 합니다.
마찬가지로 양자 컴퓨터는 새로운 종류의 장치입니다,
새로운 종류의 장치입니다.
전구가 사회를 변화시키는 것처럼,
양자 컴퓨터는 우리 삶의 많은 측면에 영향을 미칠 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다,
보안, 의료, 인터넷 등 우리 삶의 많은 측면에 영향을 미칠 수 있습니다.
그래서 전 세계의 기업들이 이러한 장치를 만들기 위해 노력하고 있습니다.
그리고 그 흥미진진함이 무엇인지 알아보기 위해,
양자 컴퓨터에서 게임을 해보겠습니다.
저는 바로 여기서 IBM의 양자 컴퓨터에 로그인할 수 있습니다,
원격으로 게임을 플레이할 수 있다는 뜻입니다.
이를 실현하기 위해
테드로부터 미리 이메일을 받은 기억이 있으실 겁니다,
동전 던지기를 할 것인지 아닌지를 묻는 이메일을
동전을 던질지 말지를 묻는 이메일을 받았을 것입니다.
사실 동그라미와 사각형 중 하나를 선택하라고 했습니다.
여러분은 몰랐지만 동그라미를 선택한 것은 동전을 던지라는 뜻이었죠,
동그라미를 선택하면 동전을 던지지 말라는 뜻이었죠.
총 372개의 응답을 받았습니다.
감사합니다.
그 말은 양자 컴퓨터와 372번의 게임을
양자 컴퓨터와 372개의 게임을 할 수 있다는 뜻입니다.
꽤 빠른 게임이라서
바로 여기서 결과를 보여드리죠.
불행히도, 당신은 잘하지 못했습니다.
양자 컴퓨터는 거의 모든 게임에서 승리했습니다.
컴퓨터의 작동 오류로 인해 몇 판만 졌을 뿐입니다.
그렇다면 이 놀라운 연승 행진을 어떻게 달성했을까요?
마술이나 속임수처럼 보이지만
실제로는 양자 물리학이 작용한 것입니다.
작동 원리는 다음과 같습니다.
일반 컴퓨터는 동전의 앞면이나 뒷면을 비트 단위로 시뮬레이션합니다,
0 또는 1로 시뮬레이션하거나
또는 컴퓨터 칩 내부의 전류가 켜지고 꺼지는 것을 시뮬레이션합니다.
양자 컴퓨터는 완전히 다릅니다.
양자 비트는 보다 유동적이고 2진법이 아닌 정체성을 가집니다.
양자 비트는 0과 1의 중첩 또는 조합으로 존재할 수 있습니다.
0일 확률과
0일 확률과 1일 확률로 존재할 수 있습니다.
즉, 비트코인의 정체성은 스펙트럼에 있습니다.
예를 들어, 0일 확률이 70%이고
0일 확률이 70%이고 1일 확률이 30%일 수 있습니다,
또는 80-20 또는 60-40일 수도 있습니다.
가능성은 무한합니다.
여기서 핵심 아이디어는 0과 1이라는 정확한 값을 포기하고
어느 정도의 불확실성을 허용해야 한다는 것입니다.
그래서 게임 중에
양자 컴퓨터는 머리와 꼬리의 유동적인 조합을 만들어냅니다,
0과 1이죠,
플레이어가 무엇을 하든 뒤집든 안 뒤집든
중첩은 그대로 유지됩니다.
마치 두 가지 액체를 섞어 저어주는 것과 비슷합니다.
저어주든 안 저어주든 유체는 혼합된 상태로 유지됩니다.
하지만 마지막 동작에서
양자 컴퓨터는 0과 1을 분리할 수 있습니다,
헤드를 완벽하게 복구할 수 있습니다,
그래서 당신은 매번 패배합니다.
이 모든 것이 조금 이상하다고 생각한다면, 여러분은 절대적으로 옳습니다.
일반 동전은 앞면과 뒷면의 조합으로 존재하지 않습니다.
우리는 일상 생활에서 이 유동적인 양자 현실을 경험하지 못합니다.
따라서 양자에 대해 혼란스러우시더라도,
걱정하지 마세요, 이해되고 있으니까요.
하지만 양자의 이상함을 직접 경험하지 않더라도 그 효과를 눈으로 확인할 수 있습니다.
데이터를 직접 보셨잖아요.
양자 컴퓨터가 승리한 이유는 중첩과 불확실성을 활용했기 때문입니다.
그리고 이러한 양자 속성은 강력합니다,
동전 게임에서 이기는 것뿐만 아니라
미래의 양자 기술을 구축하는 데에도 강력합니다.
이제 우리 삶을 바꿀 수 있는 잠재적 응용 사례 세 가지를 소개하겠습니다.
세 가지 예를 들어보겠습니다.
우선, 양자 불확실성을 이용해 개인 키를 만들 수 있습니다.
개인 키를 생성하는 데 사용할 수 있습니다,
양자 불확실성 때문에 해커가 비밀리에 키를 완벽하게 복사할 수 없도록
완벽하게 복사할 수 없습니다.
해커가 키를 해킹하려면 양자 물리학의 법칙을 깨야 합니다.
따라서 이러한 종류의 깨지지 않는 암호화는
이미 전 세계 은행 및 기타 기관에서 테스트 중입니다.
오늘날 우리는 전 세계적으로 170억 개 이상의 연결된 디바이스를 사용하고 있습니다.
양자 암호화가 미래에 미칠 영향을 상상해 보세요.
둘째, 양자 기술은 의료와 의학에도 혁신을 가져올 수 있습니다.
예를 들어, 신약 개발을 위한 분자의 설계와 분석은
분자의 설계와 분석은 오늘날 어려운 문제입니다.
그 이유는 모든 분자의 모든 양자적 속성을
분자를 구성하는 모든 원자의 양자 속성을 정확히 설명하고 계산하는 것은
슈퍼컴퓨터에서도 계산적으로 어려운 작업이기 때문입니다.
하지만 양자 컴퓨터는 더 잘할 수 있습니다.
왜냐하면 양자 컴퓨터는 분자와 동일한 양자 속성을 사용하여 작동하기 때문입니다.
양자 컴퓨터는 시뮬레이션하려는 분자와 동일한 양자 속성을 사용하여 작동하기 때문에 더 잘할 수 있습니다.
따라서 향후 신약 개발을 위한 대규모 양자 시뮬레이션은
알츠하이머와 같은 질병을 치료할 수 있을 것입니다,
알츠하이머 같은 질병을 치료할 수 있을 것입니다.
세 번째로, 제가 가장 좋아하는 양자 응용 분야는
정보의 순간이동입니다.
한 위치에서 다른 위치로
정보를 물리적으로 전송하지 않고도요.
공상과학 소설처럼 들리지만, 양자 입자의 유동적인 정체성 때문에
왜냐하면 양자 입자의 유동적인 정체성은
시공간을 가로질러 얽힐 수 있기 때문에
한 입자에 대해 무언가를 변경하면 다른 입자에 영향을 미칠 수 있기 때문입니다,
다른 입자에 영향을 미칠 수 있기 때문입니다.
그리고 이것은 순간 이동을 위한 채널을 만듭니다.
이는 이미 연구 실험실에서 입증되었으며
미래 양자 인터넷의 일부가 될 수 있습니다.
아직은 그런 네트워크가 없습니다,
하지만 저희 팀은 이러한 가능성을 연구하고 있습니다.
양자 컴퓨터에서 양자 네트워크를 시뮬레이션하여 이러한 가능성을 연구하고 있습니다.
그래서 우리는 몇 가지 흥미로운 새로운 프로토콜을 설계하고 구현했습니다,
네트워크 내 다른 사용자들 간의 순간이동, 효율적인 데이터 전송,
효율적인 데이터 전송,
심지어 보안 투표도 구현했습니다.
그래서 양자 물리학자로서 정말 재미있어요.
강력히 추천합니다.
우리는 양자 원더랜드에서 탐험가가 됩니다.
다음에 어떤 응용 분야를 발견하게 될지 누가 알겠습니까?
우리는 신중하고 책임감 있게
신중하고 책임감 있게 나아가야 합니다.
그리고 개인적으로도요,
저는 양자 물리학을 단순히 양자 컴퓨터를 구축하기 위한 도구로 보지 않습니다.
저는 양자 컴퓨터가 자연의 신비를 탐구하고
우리가 경험하지 못한 숨겨진 세계에 대해 더 많은 것을 밝혀낼 수 있는 방법이라고 생각합니다.
우리 인간이
우주에 대한 접근이 상대적으로 제한되어 있는 우리 인간이
우리의 지평선 너머를 볼 수 있다는 것이
상상력과 독창성을 발휘할 수 있다는 사실이 얼마나 놀라운가요?
그리고 우주는 우리에게 보답합니다.
얼마나 놀랍고 흥미로운지를 보여줌으로써 우리에게 보답합니다.
미래는 근본적으로 불확실합니다.
그리고 그것은 저에게 확실히 흥미진진한 일입니다.
감사합니다.

 

[ 영문 원본 ]

Let's play a game.
Imagine that you are in Las Vegas, in a casino,
and you decide to play a game on one of the casino's computers,
just like you might play Solitaire or Tess.
The computer can make moves in the game just like a human player.
And you can play a game on one of the casino's computers,
just like you might play Solitaire or Tess.
The computer can make moves in the game just like a human player.
This is a coin game.
It starts with a coin showing heads,
and the computer will play first.
It can choose to flip the coin or not,
but you don't get to see the outcome.
Next, it's your turn.
You can also choose to flip the coin or not,
and your move will not be revealed to your opponent, the computer.
Finally, the computer plays again and can flip the coin or not,
and after these three rounds, the coin is revealed.
And if it is heads, the computer wins.
If it's tails, you win.
So it's a pretty simple game,
and if everybody plays honestly and the coin is fair,
then you have a 50 percent chance of winning this game.
And to confirm that,
I asked my students to play this game on our computers,
and after many, many tries,
their winning rate ended up being 50 percent, or close to 50 percent,
as expected.
Sounds like a boring game, right?
But what if you could play this game on a quantum computer?
Now, Las Vegas casinos do not have quantum computers, as far as I know,
but IBM has built a working quantum computer.
Here it is.
But what is a quantum computer?
Well, quantum physics describes the behavior of atoms
and fundamental particles, like electrons and photons.
So a quantum computer operates by controlling the behavior of these particles,
but in a way that is completely different from our regular computers.
So a quantum computer is not just a more powerful version
of our current computers.
Just like a light bulb is not a more powerful candle.
You cannot build a light bulb by building better and better candles.
A light bulb is a different technology,
based on deeper scientific understanding.
Similarly, a quantum computer is a new kind of device,
based on the science of quantum physics.
And just like a light bulb transforms society,
quantum computers have the potential to impact so many aspects of our lives,
including our security needs, our health care, and even the internet.
So companies all around the world are working to build these devices.
And to see what the excitement is all about,
let's play our game on a quantum computer.
So I can log into IBM's quantum computer from right here,
which means I can play the game remotely, and so can you.
To make this happen,
you may remember getting an email ahead of time from Ted,
asking you whether you would choose to flip the coin or not
if you played the game.
Well, actually, we asked you to choose between a circle or a square.
You didn't know it, but your choice of circle meant flip the coin,
and your choice of square was don't flip.
We received 372 responses.
Thank you.
That means we can play 372 games
against the quantum computer using your choices.
And it's a pretty fast game to play,
so I can show you the results right here.
Unfortunately, you didn't do very well.
The quantum computer won almost every game.
It lost a few only because of operational errors in the computer.
So how did it achieve this amazing winning streak?
It seems like magic or cheating,
but actually it's just quantum physics in action.
Here's how it works.
A regular computer simulates heads or tails of a coin as a bit,
a zero or a one,
or a current flipping on and off inside your computer chip.
A quantum computer is completely different.
A quantum bit has a more fluid, non-binary identity.
It can exist in a superposition or a combination of zero and one
with some probability of being zero
and some probability of being one.
In other words, its identity is on a spectrum.
For example, it could have a 70 percent chance of being zero
and a 30 percent chance of being one,
or 80-20, or 60-40.
The possibilities are endless.
The key idea here is that we have to give up on precise values of zero and one
and allow for some uncertainty.
So during the game,
the quantum computer creates this fluid combination of heads and tails,
zero and one,
so that no matter what the player does, flip or no flip,
the superposition remains intact.
It's kind of like stirring a mixture of two fluids.
Whether or not you stir, the fluids remain in a mixture.
But in its final move,
the quantum computer can unmix the zero and one,
perfectly recovering heads,
so that you lose every time.
If you think this is all a bit weird, you are absolutely right.
Regular coins do not exist in combinations of heads and tails.
We do not experience this fluid quantum reality in our everyday lives.
So if you are confused by quantum,
don't worry, you're getting it.
But even though we don't experience quantum strangeness, we can see its effects in action.
You've seen the data for yourself.
The quantum computer won because it harnessed superposition and uncertainty.
And these quantum properties are powerful,
not just to win coin games,
but also to build future quantum technologies.
So let me give you three examples of potential applications
that could change our lives.
First of all, quantum uncertainty could be used to create private keys
for encrypting messages sent from one location to another,
so that hackers could not secretly copy the key perfectly
because of quantum uncertainty.
They would have to break the laws of quantum physics to hack the key.
So this kind of unbreakable encryption
is already being tested by banks and other institutions worldwide.
Today, we use more than 17 billion connected devices globally.
Just imagine the impact quantum encryption could have in the future.
Secondly, quantum technologies could also transform healthcare and medicine.
For example, the design and analysis of molecules
for drug development is a challenging problem today.
And that's because exactly describing and calculating
all of the quantum properties of all the atoms in the molecule
is a computationally difficult task, even for our supercomputers.
But a quantum computer could do better
because it operates using the same quantum properties
as the molecule it's trying to simulate.
So future large-scale quantum simulations for drug development
could perhaps lead to treatments for diseases like Alzheimer's,
which affects thousands of lives.
And thirdly, my favorite quantum application
is teleportation of information
from one location to another
without physically transmitting the information.
Sounds like sci-fi, but it is possible
because these fluid identities of the quantum particles
can get entangled across space and time
in such a way that when you change something about one particle,
it can impact the other.
And that creates a channel for teleportation.
It's already been demonstrated in research labs
and could be part of a future quantum internet.
We don't have such a network as yet,
but my team is working on these possibilities
by simulating a quantum network on a quantum computer.
So we have designed and implemented some interesting new protocols,
such as teleportation among different users in the network,
and efficient data transmission,
and even secure voting.
So it's a lot of fun for me being a quantum physicist.
I highly recommend it.
We get to be explorers in a quantum wonderland.
Who knows what applications we will discover next?
We must tread carefully and responsibly
as we build our quantum future.
And for me personally,
I don't see quantum physics as a tool just to build quantum computers.
I see quantum computers as a way for us to probe the mysteries of nature
and reveal more about this hidden world outside of our experiences.
How amazing that we humans,
with our relatively limited access to the universe,
can still see far beyond our horizons
just using our imagination and our ingenuity.
And the universe rewards us
by showing us how incredibly interesting and surprising it is.
The future is fundamentally uncertain.
And to me, that is certainly exciting.
Thank you.