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모든 정보는 물리계를 거쳐 처리된다.
물리학 법칙이 정보처리의 근본 성능을 결정한다.
소리는 빛보다 훨씬 느리다
3. 정보와 물리학
모든 정보는 물리계를 거쳐 처리된다.
물리학 법칙이 정보처리의 근본 성능을 결정한다.
양자정보학
양자정보학 = 양자물리학 + 정보학 (통신 및 컴퓨터)
고전정보학 = 고전물리학 + 정보학 (통신 및 컴퓨터)
양자물리학은 고전물리학과 굉장히 다르다.
4. 많은 사람들이 문을 통과하면,
한 번에 한 문만 통과
(일상 경험)
두 문을 동시 통과
(양자 중첩)
5. 양자 상태 또는 양자 중첩 (양자 확률, 양자 역학)
두 문을 동시 통과
(양자 중첩)
|ψ⟩ = ψL |L⟩ + ψR |R⟩
= ψ↑ | ↑ ⟩ + ψ↓ | ↓ ⟩
= ψH |H⟩ + ψV |V⟩
= ψg |g⟩ + ψe |e⟩
8. 확률 현상이라, 확인은 필수이다.
관측 (측정)
측정할 때까지
한 번에 한 입자를 보낸다.
다양한 가능성이 공존하지만,
관측하면, 단일 가능성으로 귀착한다.
하지만, 확인이 필요하다 (관측)
9. 입자 집단은 파동이 될 수 있다
양자 현상 규명 위해, 단일 입자의 반복 측정 필요.
10. 확률 현상이라, 확인은 필수이다.
관측 (측정)
측정할 때까지
한 번에 한 입자를 보낸다.
한 지점에서만 측정됨.
다양한 가능성이 공존하지만,
관측하면, 단일 가능성으로 귀착한다.
하지만, 확인이 필요하다 (관측)
11. 확률 현상이라, 확인은 필수이다.
관측 (측정)
측정할 때까지
한 번에 한 입자를 보낸다.
한 지점에서만 측정됨.
반복 측정 후
간섭 무늬 발생
다양한 가능성이 공존하지만,
관측하면, 단일 가능성으로 귀착한다.
하지만, 확인이 필요하다 (관측)
12. 확률 현상이라, 확인은 필수이다.
관측 (측정)
측정할 때까지
한 번에 한 입자를 보낸다.
한 지점에서만 측정됨.
반복 측정 후
간섭 무늬 발생
다양한 가능성이 공존하지만,
관측하면, 단일 가능성으로 귀착한다.
하지만, 확인이 필요하다 (관측)
14. 새로운 규칙이 발생한다. 고전 현상에서는 불가능.
양자 컴퓨팅 등 양자 정보학은 이 새로운 양자 규칙들을 활용한다.
그럼에도 불구하고,
15. 고전 규칙: 논리학(Boolean algebra). 예) 조건 명제:
왼쪽 문 통과 왼쪽 줄 무늬
오른쪽 문 통과 오른쪽 줄 무늬
고전 확률 표현:
(왼쪽 문 왼쪽 줄)과 (오른쪽 문 오른쪽 줄)만 가능하다.
양자 규칙
추가 규칙: 고전 규칙에서 불가능.
(중첩 중앙 줄) 등이 추가된다.
양자 정보학: 양자 규칙을 활용.
a → b
→
→
P(a → b)
→ →
→
양자 규칙 vs 고전 규칙
고전 규칙 양자 규칙
16. 비유를 들자면,
터널
고전 경로 (고전 규칙):
돌아가는 길
양자 경로 (양자 규칙):
양자 중첩으로 발생한 터널을
지나갈 수 있다.
양자 규칙 vs 고전 규칙
18. 가정
변수
조건
문제: 다음이 성립할 확률은?
GHZ 정리 (Greenberger-Horne-Zeilinger Theorem))
p(abc = 1) =
X
b,c=±1
p( bc, b, c)
p(a1b2c2 = 1) = 1
p(a2b1c2 = 1) = 1
p(a2b2c1 = 1) = 1
ai, bj, ck 2 { 1, +1}
a1b1c1 = 1
a1b2c2 = 1
a2b1c2 = 1
a2b2c1 = 1
a1b1c1(a2b2c2)2
= 1
a1b1c1 = 1
고전 해: 100%
19. 가정
변수
조건
문제: 다음이 성립할 확률은?
양자 해: 0%도 가능
p(abc = 1) =
X
b,c=±1
p( bc, b, c)
p(a1b2c2 = 1) = 1
p(a2b1c2 = 1) = 1
p(a2b2c1 = 1) = 1
ai, bj, ck 2 { 1, +1}
a1b1c1 = 1
a1b2c2 = 1
a2b1c2 = 1
a2b2c1 = 1
a1b1c1(a2b2c2)2
= 1
a1b1c1 = 1
고전 해: 100%
GHZ 정리 (Greenberger-Horne-Zeilinger Theorem))
20. 가정
변수
조건
문제: 다음이 성립할 확률은?
양자 해: 0%도 가능 (임의의 확률이 모두 가능)
p(abc = 1) =
X
b,c=±1
p( bc, b, c)
p(a1b2c2 = 1) = 1
p(a2b1c2 = 1) = 1
p(a2b2c1 = 1) = 1
ai, bj, ck 2 { 1, +1}
a1b1c1 = 1
a1b2c2 = 1
a2b1c2 = 1
a2b2c1 = 1
a1b1c1(a2b2c2)2
= 1
a1b1c1 = 1
고전 해: 100%
GHZ 정리 (Greenberger-Horne-Zeilinger Theorem))
22. 요약
물리학 법칙이 정보처리 성능을 결정한다.
양자정보학은 양자 물리학과 정보학의 융합 분야이다.
양자 물리학은 보편적인 이론
양자 현상
무작위성 (예측 가능하지 않다)
양자 중첩 (양자 간섭: 고전 이론으로 예측 불가한 간섭을 한다)
양자 규칙 (양자 물리학 법칙에 따른 추가 규칙이 있다)
양자 정보처리는 양자 규칙을 활용한다.