큐비트 뜻, 양자컴퓨터가 0과 1을 동시에 다룬다는 말의 실제

01이 말이 무슨 뜻인가

기존 컴퓨터의 비트는 0이나 1 중 하나만 가지고, 이런 칸을 수없이 이어 붙여 문서와 영상을 다뤄요. 큐비트는 미국 국립표준기술연구소(NIST)의 설명대로 상태 0, 상태 1, 또는 둘이 섞인 상태일 수 있어요.

두 상태가 섞여 있는 성질을 중첩이라고 불러요. 중첩은 값을 읽기 전의 이야기라서, 측정하는 순간 큐비트는 0이나 1 중 하나로 정해져요.

얽힘은 여러 큐비트가 하나의 상태를 함께 이루는 성질이에요. 양자역학은 원자와 빛처럼 아주 작은 규모의 현상을 설명하는 물리 법칙이고, 중첩과 얽힘은 그 법칙에서 나오는 성질이에요.

02왜 이런 게 생겼나

기존 컴퓨터로도 풀 수는 있지만 계산 시간이 지나치게 늘어나는 문제들이 있어요. 큐비트의 성질을 이용해 그런 문제를 다른 방식으로 풀어 보려는 시도가 양자컴퓨터 연구의 출발점이에요.

큐비트는 전자기장, 온도 변화 같은 작은 외부 간섭에도 중첩과 얽힘이 깨져서 오류가 생겨요. NIST도 큐비트가 매우 정교하면서 취약하다고 설명하고, 오류를 다루는 일이 보통 컴퓨터보다 훨씬 어렵다고 말해요.

그래서 연구는 큐비트를 늘리는 것과 오류를 줄이는 것, 두 갈래로 함께 가요. 여러 개의 물리 큐비트를 얽어서 하나의 논리 큐비트처럼 쓰고, 물리 큐비트에 생긴 오류가 전체 계산에 번지는 것을 억제하는 방식이 대표적이에요.

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03숫자로 보면 어떤가

큐비트가 n개일 때 함께 표현할 수 있는 상태의 가짓수는 2를 n번 곱한 수예요. 3개면 8가지, 10개면 1024가지, 20개면 100만 가지를 넘는데, 큐비트가 하나 늘 때마다 두 배가 돼요.

이 숫자는 표현할 수 있는 상태의 수일 뿐이고, 계산이 그만큼 빨라진다는 뜻은 아니에요. 값을 읽으면 하나로 정해지기 때문에, 문제에 맞는 계산 방법을 짜야 유용한 답을 얻어요.

04자주 헷갈리는 것

0과 1을 동시에 계산하니 무엇이든 빨라진다는 설명은 맞지 않아요. NIST는 양자컴퓨터가 지금의 컴퓨터를 대체하지 않고 함께 쓰이면서, 기존 컴퓨터로 풀기 어려운 문제에 쓰일 것으로 설명해요.

큐비트 수가 많다고 곧바로 좋은 양자컴퓨터는 아니에요. 오류가 많으면 큐비트를 늘려도 믿을 만한 답이 안 나오고, 그래서 오류를 정정할 수 있는 큐비트가 몇 개냐를 따로 물어요.

얽힘을 두고 한쪽을 읽으면 먼 곳의 다른 쪽이 즉시 바뀌어 신호가 순간 전달되는 것처럼 설명하는 글이 있는데, 얽힘으로 정보를 빛보다 빨리 보낼 수는 없어요.

05언제 내 일이 되나

뉴스에서 몇 큐비트 양자컴퓨터를 개발했다는 소식을 만났을 때가 대표적이에요. 그 숫자가 물리 큐비트인지 오류를 정정한 논리 큐비트인지, 어떤 문제로 시험했는지가 같이 나와 있는지 보세요.

양자 관련 종목이나 상품을 검토하는 사람, 양자 암호나 보안 이야기를 들은 사람에게도 이 기초가 필요해요. 이 글은 투자를 권하는 글이 아니고, 큐비트라는 말이 가리키는 범위를 풀어 준 것이에요.