1. 비트와 큐비트

Bit : 기존의 컴퓨터 연산의 기본 단위

컴퓨터에서 모든 프로그램은 0 또는 1로 이루어진 명령어로 실행된다.

오늘날 우리가 일상에서 사용하고 있는 스마트폰도, 기상청에서 일기예보를 위해 열심히 날씨를 예측하는 슈퍼컴퓨터도, 본질적으로 모두 내부에 연산 장치를 가지고 있는 컴퓨터입니다. 컴퓨터의 기본 연산 단위는 비트(bit)이며, 한 비트는 "0"과 "1"의 두 가지의 상태를 가집니다. 

 

Qubit : 양자컴퓨터 연산의 기본 단위

슈뢰딩거의 고양이는 상자를 열고 확인하기 전까지는 죽은 상태와 살아있는 상태가 중첩된 상태에 놓여있다. 

한편, 양자 역학에서는 상태가 중첩(superposition)이 될 수 있습니다. 다르게 말하자면, "0"이면서 동시에 "1"인 상태가 존재합니다. 중첩 상태를 활용하면 동시에 많은 상태들에 대한 연산이 가능해집니다. 양자 알고리즘은 이러한 중첩 상태를 적극적으로 활용하여 기존의 알고리즘에 비해 기하급수적인 속도 향상을 가능케 합니다.

비트는 0 또는 1 둘 중 하나의 상태만을 가질 수 있지만, 큐비트는 무수히 많은 중첩 상태를 가질 수 있다.

하지만, 만약 중첩 상태를 측정하면, 중첩되어있던 상태들 중 하나로 붕괴하게됩니다. 이는 슈뢰딩거의 고양이가 상자를 열기 전까지는 중첩 상태에 있다가, 상자를 열어 확인을 하는 순간 죽은 상태 또는 살아있는 상태 둘 중 하나로 결정되는 것과 같습니다. 측정하는 행위로 인해 중첩 상태가 붕괴된다는 특성은 양자 알고리즘을 설계하는 것이 쉽지 않은 이유 중 하나입니다.

 

다음 글에서는 양자 상태를 표현하는 방식 중 하나인 디랙 표기법에 대해 소개합니다.