양자컴퓨터의 가역성(可逆性)
역(逆) 자는 거스르는 행동을 말합니다. 대표적으로 왕조시대 역적과 역모를 들 수 있습니다.
역모(逆謨)는 역적모의로서 왕을 갈아치우는 거 사를 말하며, 그런 행위자를 역적(逆賊)이라고 합니다. 역적질은 삼족을 모두 죽이는 형벌로 다스려서 감히 역적모의를 못하게 하였습니다.
가역성(Reversibility)은 되돌릴 수 있는 행동이나 상태를 말합니다. 그 반대는 불가역성입니다. 세속의 낙장 불입, 일수불퇴나 못 먹어도 고 등이 흔히 사용하는 불가역성 언어의 예시입니다.
비트컴퓨터는 언어를 숫자화 하여서 논리처리나 숫자 계산을 하는 기계입니다. 아주 약한 전기를 사용하지만, 그 기계의 연산장치가 수십~수천 억개의 연산회로로 이루어져 있므로 전기 소모량이 아주 많습니다. 인공지능의 빅데이터를 제어하는 데이터센터는 엉청난 전기를 사용하고, 그에 따라서 일어나는 고열을 식히기 위하여 물을 아주 많이 사용합니다. 이를 빗대어서 물먹는 하마라고도 합니다.
왜 비트컴퓨터는 전기를 아주 많이 사용할까요?
이를 알기 위하여는 비트 논리게이트의 불가역성을 알아야 합니다. 비트컴퓨터(노트북, 스마트폰, 태블릿PC, 대형 서버 컴퓨터)는 디지털 논리게이트를 사용하여 논리연산과 숫자 셈을 합니다. 그 게이트의 한 종류인 AND Gate로 비트컴퓨터의 불가역성을 설명합니다.
2×1 AND 게이트의 연산 절차
1. 2 비트(0, 1)로 입력을 합니다.
2의 2승 즉, (00), (01), (10), (11) 4 개의 벡터(가속도+방향) 가 입력 됩니다.
2. 입력 벡터를 AND 연산(곱집합) 합니다.
3. 비트 0이나 비트 1을 출력 합니다.
4. 이 연산의 절차를 되돌릴 수 있을까요? 되돌릴 수 있으면 가역성이 되고, 그렇지 않으면 비가역성이 됩니다
5. 이 연산의 과정은 되돌릴 수 없습니다. 출력 비트 0의 경우 입력 비트 (00), (01), (10) 중 어느 것의 연산 결과인지를 알 수가 없기 때문입니다. 그래서 비가역성 연산이라고 합니다.
비가역성 연산은 아주 많은 전기를 잡아 먹습니다. 비트 0과 비트 1의 두 전기 흐름을 소모하여 비트 0이나 비트 1을 산출해 내기 때문에, 입력 전기 사용량의 50%를 헛되이 소모하며 그 과정에서 높은 양의 열을 냅니다.
빅데이터센터 빌딩에는 엄청난 전기가 소요되며, 열 또한 많이 방출되므로 이를 식히기 위한 다량의 물 또한 필요합니다. 그런 가공스런 정도의 전기 수요를 충당하기 위하여, 서구에서는 그 동안 쇠퇴 일로를 달리던 핵발전소가 다시 가동되기에 이르렀습니다.
양자컴퓨터는 가역성 컴퓨터 입니다. 이 양자컴퓨터를 AI의 기반컴퓨터로 사용하면, 비트컴퓨터의 전기와 물 부족문제를 해결할 수 있습니다.
다같은 논리 & 산술 회로 컴퓨터인데 어째서 그렇게 되나요?
양자컴퓨터는 큐비트 0과 큐비트 1을 사용하여 양자게이트에서 논리와 산술 양자연산을 합니다.
그 양자게이트 하나를 예를 들어 설명하면 명쾌하게 이해할 수가 있습니다.
파울리 X-Gate가 있습니다.
이 게이트는 입력 Ket 0(큐비트 0)과 Ket 1을 중첩되게 받아서 그 상태를 반전시켜서 출력합니다. 큐비트는 Ket라는 양자 표시 부호를 사용합니다. | 0 > 부호를 를 Ket 0 이라고 부릅니다. Ket 1은 | 1>로 씁니다.
1. Ket 0을 파울리 엑스게이트에 입력하면 양자연산 후 Ket 1을 출력합니다. 또한 Ket 1을 입력하면 Ket 0을 출력합니다.
2. 이 경우 출력 큐비트 Ket 1을 양자연산 파울리 엑스게이트에 되돌려 흘리면 Ket 0이 다시 나옵니다.
3. 가역성 양자연산이 된 것입니다.
4. 이런 연산을 양자컴퓨터의 가역성 연산이라고 합니다.
5. 입력한 그대로 출력이 되었기에 전기의 헛된 소모가 없는 가역성 연산인 것입니다.
세계의 양자컴퓨터는 2023년 발표 기준으로 대형 양자컴퓨터 회사에서 초기 상태로 개발하여, 핵심 기술은 빼고 공개할 가치가 있는 정보와 지식만 발표하고 있습니다.
그 종류도 크게 기존 비트 슈퍼컴퓨터 바탕 위에 양자연산을 얹은 형태와, 순수 양자상태 연산을 하는 양자컴퓨터로 대별됩니다.
순수 양자컴퓨터의 한 종류로서 초전도회로 양자컴퓨터가 있습니다. 절대온도(-273도 CC) 상태를 유지해야 합니다. 그러기 위해서 장비는 대형 구조이고, 엄청난 자금과 첨단양자기술 및 고도화된 양자정보를 함께 기우려서 양자기반 양자컴퓨터를 만듭니다.
미국, 영국, 캐나다, 호주와 중국의 대형회사와 대학들이 앞서 갑니다.
우리나라의 대형 양자기술회사의 정보는 공유되지 않고, 양자전문 기술연구소에서 양자 Bigtech회사들이 공개하는 양자컴퓨터를 Cloud로 접속하여 돈을 주고 이용하고 있습니다.
과거에는 逆자는 입에 담아서는 안되는 금기의 언어 이었습니다. 그당시 목을 잘라서 장대에 걸어두는 효시(梟示)의 형벌이 감히 역모는 꿈도 못꾸게 했습니다. 심하면 능지처참(凌遲處斬, 죄인의 살을 회떠서 죽임)이나 거열형(車裂刑, 소달구지로 六屍하여 죽임)도 백성들을 옥죄고 있었습니다. 괜스레 목이 건질건질 합니다.
양자컴퓨터 전성시대는 가역성이 제 대우를 받는 시대가 됩니다.
가역성 양자컴퓨터의 전성시대!
K-pop, K-drama, K-cultur로 대표되는 양자 한류(韓流)가 세계를 넘나드는 시대!!
과연 올까요?
