큐비트(Qubit)

큐비트(Qubit)는 퀀텀 비트(Quantum Bit)의 줄임말로 양자 컴퓨터에서 사용하는 가장 기본적인 정보의 단위 입니다. 기존 컴퓨터에서 가장 기본적인 단위는 비트(Bit)로 0 또는 1의 상태를 가지고 있고, 상태도 고정되어 있습니다. 하지만 큐비트는 0과 1이 동시에 존재하고 상태도 불확정 상태로 측정시에 관측되는 특성이 있습니다.

 

쉬레딩거의 고양이

사실 0과 1이 동시에 존재한다는 것도 이해하기 힘들고, 상태를 알 수 없다는 것도 이해하기 힘듭니다. 이것은 양자역학을 알지 못하면 이해하기 힘든게 사실입니다. 양자역학을 이해하는데 가장 많이 언급되는 실험이 슈뢰딩거의 고양이 입니다. 상자를 관측하기 전까지 고양이가 살았는지 죽었는지 알 수 없고 중첩된 상태로 공존한다는 실험 입니다. 

<출처> 위키피디아(https://en.wikipedia.org/wiki/Schr%C3%B6dinger%27s_cat)

죽었으면 죽은거고, 살아 있으면 살아있는 것인데 그것이 중첩된 상태이고 상자를 관측자가 관측할 때 알 수 있다고 합니다. 말이 안되는 것 같지만 이것이 양자역학이라고 하니 이제는 인정해야 하는 부분이 아닌가 생각됩니다. 

 

양자 중첩

슈뢰딩거의 고양이처럼 큐비트의 상태는 0과 1이 중첩된 상태라고 이야기 하였습니다. 이것을 쉽게 이해할 수 있는 그림이 이것이 아닐까 생각합니다.

<출처>&nbsp;https://qns.science/kr/thequbit/

비트는 0과 1중 하나의 값만 가지기 때문에 비트 1개로 1차원 벡터로 표현이 됩니다. 비트 2개로는 2차원 벡터를 표현할 수 있습니다. 큐비트는 한개로 2차원 벡터로 표현할 수 있고 2개로는 4차원 벡터를 표현할 수 있습니다. 큐비트의 수가 증가함에 따라 표현할 수 있는 벡터는 지수적으로 증가하게 됩니다. 따라서 2^n개의 비트로 표현하던 데이터를 n개의 큐비트로 표현 가능해 집니다.

양자 얽힘

양자 얽힘은 두 양자의 상태가 연결되어 있을 때를 말합니다. 쉬운 예로 어떤 두 동전의 상태가 연결되어 있습니다. 하나는 우리나라에 있고, 다른 하나는 화성에 있습니다. 우리나라에 있는 동전의 상태를 관측하는 순간 화성에 있는 동전의 상태를 알 수 있다는 것입니다. 어떻게 두 동전의 상태가 연결되어 있는지는 알 수 없지만 이것을 응용하여 컴퓨터의 암호학에도 사용 가능합니다. 특히나 관측시 상태가 정해진다는 점은 누군가가 해킹이나 공격으로 정보를 들여다 볼 때 상태가 정해진다는 것이기 때문에 해킹 위협에 대해 즉각 알 수 있습니다. 

https://www.atlearner.com/2020/02/what-is-quantum-entanglement.html

정리

큐비트는 퀀텀 비트의 약자로 양자 컴퓨터의 기본 단위 입니다. 양자 암호화에 많이 사용되며 양자 중첩, 양자 얽힘, 볼확정성의 특성을 가지고 있습니다.