양자 1분정리

Google Quantum AI가 발표한 Willow의 Surface Code 오류정정 결과에서 ‘below threshold’가 정확히 무엇을 의미하는지 살펴봅니다. Physical Qubit과 Logical Qubit, Code Distance, Logical Error Rate의 관계를 중심으로 양자오류정정 성과를 해석했습니다.양자컴퓨터 뉴스를 보다 보면 below threshold라는 표현을 볼 수 있습니다.처음에는“이제 오류 없는 양자컴퓨터가 완성됐다는 뜻인가?”라고 생각할 수 있습니다.결론부터 말하면 그렇지는 않습니다.하지만 양자오류정정 관점에서는 상당히 중요한 의미를 갖습니다.Google Quantum AI는 Willow 프로세서를 이용한 Surface Code 실험에서 물리 큐비트를 더 많..

Surface Code나 qLDPC 같은 양자오류정정에서 Decoder가 어떤 역할을 하는지 살펴봅니다. Syndrome 데이터가 빠르게 쌓이는 상황을 간단히 계산하고 QPU와 FPGA, CPU·GPU가 함께 필요한 이유를 설명합니다.양자오류정정 글을 보면 Data Qubit, Ancilla Qubit, Syndrome이라는 단어가 자주 등장합니다.그런데 오류를 측정한 다음 **누가 실제로 오류 위치를 판단하는가?**라는 질문은 상대적으로 덜 다뤄집니다.그 역할을 담당하는 것이 QEC Decoder입니다.흥미로운 점은 Decoder가 양자컴퓨터가 아니라 고전 컴퓨팅 장치에서 실행되는 알고리즘이라는 것입니다.즉 Fault-Tolerant Quantum Computer를 만들기 위해서는 QPU뿐 아니라 FP..

Fault-Tolerant 양자컴퓨터에서 T Gate가 중요한 이유와 Magic State, T Factory가 무엇인지 설명합니다. 단순히 Logical Qubit 수만 보는 것이 아니라 T-count와 T-depth까지 확인해야 하는 이유를 정리했습니다.양자컴퓨터 성능을 이야기할 때 흔히 큐비트 숫자를 먼저 봅니다. 하지만 Fault-Tolerant Quantum Computing 단계에서는 전혀 다른 숫자가 중요해집니다.그중 하나가 T Gate의 개수, 즉 T-count입니다.처음에는 H Gate나 CNOT Gate와 T Gate가 모두 비슷한 양자게이트처럼 보였습니다. 그러나 오류정정이 적용되는 양자컴퓨터에서는 연산마다 필요한 비용이 크게 달라질 수 있습니다.특히 T Gate는 대규모 Fault-..

양자컴퓨터에서 Gate Fidelity가 무엇인지 설명하고 99%, 99.9%, 99.99%의 정확도가 긴 양자회로에서 얼마나 큰 차이를 만드는지 직접 계산해봅니다. 큐비트 숫자보다 오류율이 중요한 이유를 쉽게 알아봅니다.99.9%면 거의 완벽하지 않을까?양자컴퓨터 자료를 보면 Gate Fidelity 99.9%라는 숫자가 자주 등장합니다.처음 보면 상당히 높은 수치처럼 느껴집니다.100번 연산하면 99.9번 정도 정확하다는 의미로 생각하면 충분히 좋은 것처럼 보입니다.하지만 양자 알고리즘에는 수백 개, 수천 개 또는 그 이상의 gate가 연속으로 사용될 수 있습니다.그러면 이야기가 달라집니다.간단한 계산을 직접 해보겠습니다.Fidelity가 무엇인가?간단하게 설명하면 Gate Fidelity는 실제 양..

양자컴퓨터에서 디코히런스가 왜 중요한지 T1, T2, 양자 상태, 환경 잡음의 관계를 중심으로 쉽게 설명합니다. 큐비트 수가 많아도 오류가 발생하는 이유와 양자컴퓨터 성능을 볼 때 coherence time을 어떻게 해석해야 하는지도 정리했습니다.양자컴퓨터에서 디코히런스가 중요한 이유양자컴퓨터를 공부하면서 처음에는 큐비트 숫자에 가장 관심이 갔습니다. 100큐비트보다 1,000큐비트가 당연히 더 좋은 양자컴퓨터처럼 보이기 때문입니다.하지만 조금 더 살펴보면 실제 양자컴퓨터의 성능은 큐비트 숫자만으로 설명하기 어렵다는 것을 알 수 있습니다.그 이유 가운데 하나가 바로 **디코히런스(Decoherence)**입니다.큐비트는 외부 환경과 완전히 단절된 상태로 존재하지 않습니다. 주변의 열, 전자기적 잡음, 재..

최근 주목받는 중성원자 양자컴퓨터가 어떻게 원자를 큐비트로 사용하는지 Optical Tweezer, Rydberg State, Rydberg Blockade를 중심으로 쉽게 설명합니다.중성원자 양자컴퓨터는 이름 그대로 전기적으로 중성인 원자를 큐비트로 활용합니다.대표적인 기업으로 QuEra와 Pasqal 등이 있습니다.이 기술이 관심을 받는 가장 큰 이유 중 하나는 많은 원자를 비교적 유연한 구조로 배열할 가능성이 있다는 점입니다.원자를 어떻게 잡아둘까?원자는 매우 작기 때문에 일반적인 기계 구조로 고정할 수 없습니다.대신 집중된 레이저를 이용합니다.이를 Optical Tweezer라고 부릅니다.말 그대로 빛으로 만든 집게처럼 개별 원자를 특정 위치에 잡아두는 기술입니다.여러 개의 Optical Twee..

Surface Code는 대규모 양자컴퓨터를 만들기 위한 대표적인 양자오류정정 방식입니다. Data Qubit, Ancilla Qubit, Syndrome, Code Distance와 Threshold 개념을 쉽게 정리합니다.양자컴퓨터의 가장 큰 어려움 중 하나는 큐비트가 오류에 매우 취약하다는 점입니다.큐비트를 많이 만드는 것만으로는 실제로 유용한 양자컴퓨터를 만들기 어렵습니다.오류를 낮추면서 긴 계산을 수행할 수 있어야 합니다.그래서 중요한 기술이 Quantum Error Correction, 즉 QEC이고 그중 가장 널리 연구되는 방식 가운데 하나가 Surface Code입니다.Surface Code를 한 문장으로 설명하면Surface Code는 여러 Physical Qubit을 2차원 격자 구조로..

QEC는 대규모 fault-tolerant quantum computing을 실현하기 위한 핵심 기술입니다. 여러 physical qubit에 양자정보를 인코딩하고 오류와 관련된 syndrome 정보를 반복적으로 측정해 logical information을 보호합니다. 중요한 점은 저장된 양자 상태 자체를 그대로 읽어 오류 위치를 확인하는 것이 아닙니다.Stabilizer 측정을 통해 논리정보를 직접 알아내지 않으면서 특정 오류가 발생했는지에 관한 정보를 얻고, decoder가 여러 syndrome의 공간적·시간적 패턴을 분석합니다.이후 실제 물리 correction을 적용하거나 Pauli frame을 갱신하는 방식으로 계산을 계속할 수 있습니다.왜 ‘오류정정’이 양자컴퓨터의 핵심일까?고전 컴퓨터에서는:..