양자컴퓨터 3대장, 큐비트 와 용도, 결론.

양자 컴퓨터 3대장 아이온큐.

양자컴퓨터 3 대장.

양자컴퓨터 분야에서 현재 주목받는 기업 중 3 대장이 있습니다.

IONQ 최근 급락 중인 회사로 시장의 관심도는 높은 편입니다. 아이온큐로 알려져 있습니다. 클라우드를 통한 서비스를 제공하는 기업으로, 엑스박스의 게임패스 나 SONY PS PLUS라고 생각하시면 편합니다. 

QBTS 22년 상장 IONQ보다 성장세는 약합니다. 디웨이브 시스템으로 알려져 있습니다.

 

RGTI 눈여겨볼만한 기업으로   2013년 상장했습니다. Rigetti Computing 리게티 컴퓨팅으로 알려져 있습니다.

 

이 외에도 

 Quantum Computing이 있으나 별다른 특이점이 없다면 반전성장의 기미가 보이질 않습니다.

이들 기업은 각각의 기술과 사양을 가진 양자컴퓨터를 개발하여, 확장 가능하고 오류에 강한 양자 프로세서 개발을 위한 경쟁을 하고 있습니다.

추가적으로 대기업 쪽을 살짝 엿보겠습니다.  IBM은 'IBM 퀀텀 시스템 원’과 같은 회로 기반의 상용 양자 컴퓨터를 개발하고 있으며,  100 큐비트 이상의 양자 컴퓨터로 양자 효용 규모에 도달했다고 발표했습니다.
구글은 '시커모어’라는 54 큐비트의 양자컴퓨터를 개발했으며, 현재 100 큐비트 양자컴퓨터를 구축한 상태입니다. 
인텔도 '터널 폴스’라는 12 큐비트 실리콘 칩을 공개하고 양자 연구 단체에 제공하기 시작했습니다.

* 간단 정리 양자컴퓨터란  : 현존하는 슈퍼컴퓨터보다 더 빠른 처리속도 더 적은 비용으로 운영되는 컴퓨터입니다.

 

 

 

양자컴퓨터 .

핵심, 큐비트의 이해 및 실용적 용도.

큐비트는 양자 컴퓨터에서 정보를 저장하고 처리하는 기본 단위로 
전통적인 컴퓨터가 정보를 0과 1의 비트로 처리하는 것과 달리, 큐비트는 양자 중첩이라는 현상을 이용해 0과 1의 상태를
 동시에 가질 수 있습니다. 

양자 중첩은 큐비트가 측정되기 전까지 0과 1 사이의 어떠한 상태도 가질 수 있다는 것을 의미합니다.  측정 시, 큐비트는 확률에 따라 0 또는 1의 상태로 '붕괴’됩니다.  예를 들어, 큐비트가 70%의 확률로 0이 되고, 30%의 확률로 1이 될 수 있습니다.  이러한 중첩 상태는 큐비트가 측정되기 전까지 유지됩니다. 측정 전과, 측정 후, 그리고 측정되는 순간이 달라지게 되는 것입니다.

또한, 큐비트는 양자 얽힘이라는 또 다른 중요한 특성을 가지고 있습니다. 양자 얽힘은 두 큐비트가 서로 연결되어 한 큐비트의 상태가 결정되면, 즉시 다른 큐비트의 상태도 결정되는 현상을 말합니다. 
이를 통해 양자 컴퓨터는 정보를 더욱 복잡하게 처리할 수 있으며, 이는 양자 컴퓨터의 강력한 계산 능력의 기반이 됩니다.

큐비트의 이러한 특성들은 양자 컴퓨터가 전통적인 컴퓨터보다 훨씬 더 많은 정보를 저장하고 처리할 수 있게 해 주며, 
특히 암호 해독, 물질 구조 분석, 복잡한 최적화 문제 해결 등에 있어서 압도적인 성능을 발휘할 수 있습니다. 

큐비트 방식과 종류 및 기술특성과 장단점. 

초전도 큐비트: 이들은 전기 저항 없이 전류를 전달할 수 있는 초전도 재료로 만들어진 작은 회로입니다. 
이 큐비트는 빠른 속도와 짧은 결맞음 시간을 가지지만, 극저온 상태를 유지해야 하며 노이즈에 취약합니다.

이온 트랩 큐비트: 이온 트랩 큐비트는 전자기장을 사용하여 트랩에 잡힌 개별 이온을 사용하며, 
레이저나 마이크로파를 이용하여 제어합니다. 이 큐비트는 긴 결맞음 지속시간과 높은 재현성을 가지지만, 
게이트 속도가 느리고 큐비트 수를 늘리기 어렵다는 단점이 있습니다.

퀀텀 닷 큐비트: 반도체 기반 큐비트로, 퀀텀 닷 안의 전자스핀을 사용해 정보를 인코딩합니다. 
이 큐비트는 초저온이 아닌 더 높은 온도에서 작동 가능하며 반도체 기술로 쉽게 확장할 수 있지만, 
전기 및 자기장 노이즈에 취약하고 큐비트의 응집 시간이 짧습니다.

토폴로지 큐비트: 이론적으로 오류에 매우 강하고 잠재적으로 긴 응집 시간을 가질 수 있지만, 아직 
대부분 이론적이며 완전히 개발되지 않았습니다.

스핀 기반 큐비트: 원자가 갖는 고유한 물리량인 스핀을 정보로 처리해 연산을 하는 방식으로, 
많은 수의 큐비트를 구현하는 데 장점을 갖고 있습니다. 

이러한 큐비트들은 양자컴퓨터의 성능을 결정짓는 중요한 요소이지만, 대중화가 어려운 주된 이유는 큐비트의 복잡성과 민감성 때문입니다.  양자컴퓨터의 발전은  큐비트 기술의 발전에 비례하게 됩니다.


큐비트를 해결하기 위해 필요한 선행 프로세스.

1) 양자컴퓨터는 매우 낮은 온도에서만 작동할 수 있으며, 이를 유지하기 위한 냉각 기술적 문제를 해결해야 합니다. 
컴퓨터 오버클럭을 위해 액체질소를 이용하여 순간적으로 벤치점수를 내는 것과 유사하게 생각하면 편합니다.

2) 큐비트는 매우 민감하여 작은 외부 영향에도 오류가 발생하기 쉽기에 오류 수정 알고리즘의 개발이 필요합니다.
컴퓨터 저장장치 M.2중 QLC같이 오류 많고 안정적이지 못하다고 보시면 됩니다.

3) 큐비트의 수가 늘어날수록 양자 컴퓨터의 계산 능력은 기하급수적으로 증가하지만, 큐비트 수를 늘리는 것은 기술적으로 매우 어렵습니다. 
자동차 타이어의 내구성 한계로 400K 이상 지속되기 어려운 상황이 자동차 생산이래 쭈욱 유지되고 있다는 점과 비슷합니다.

4) 큐비트가 양자 상태를 유지할 수 있는 시간이 길어야 하지만, 현재로서는 이 시간이 짧아서 연산 중에 오류가 발생할 가능성이 높습니다.

2023년도 초전도체 테마가 불었던 것은 여러 요인이 있겠으나, 양자컴퓨터 분야에서의 활용도가 기술적 요인으로는
의미 있는 이슈였기 때문입니다.

실제적 용도.
계산 말고 실제적으로 어떤 용도에 바로 접목하여 쓰일 수 있나 살펴보겠습니다.
QCaaS(Quantum Computing as a Service)는 양자 컴퓨팅 리소스와 플랫폼을 클라우드 기반으로 제공하는 서비스입니다. 
이 서비스는 양자 컴퓨터를 소유하지 않는 개인이나 조직에게 유틸리티 컴퓨팅으로 QC 리소스를 제공하는 것이 목적입니다.

QCaaS의 주요 이점은 운영 및 관리 자원과 비용 절감 및  계획되지 않은 자본 지출과 업그레이드를 없앨 수 있습니다.
다운타임을 감소시키고 성능을 향상할 수 있습니다. QCaaS는 서비스 지향 철학에 부합하는 설루션으로, 아마존의 bracket과 같은 산업 프로젝트는 실용적이고  상업적으로 실행 가능한 QC 시스템과 기술을 개발하는 것이 목적입니다.

QCaaS를 구현하고 배포하기 위한 주요 설루션으로는 Python(네이티브 코드 또는 프레임워크)과 아마존 bracket이 있으며, 이들은 QCaaS 설루션을 구현하고 배포하는 데 있어서 현재 널리 사용되고 있습니다.
양자 소프트웨어 엔지니어링(QSE) 관점에서, QCaaS에 대한 연구는 QCaaS를 설계하고 구축하기 위한 프로세스, 
패턴 및 참조 아키텍처를 도출하는 데 도움이 될 수 있는 실증적인 결과를 제공합니다

[부가내용]
QCaaS(Quantum Computing as a Service)에서 'QC 시스템’은 파일 기반 QC 시스템을 의미하며, 이는 조직이 자체 QC 시스템을 설정하고 관리하는 대신, 콘텐츠를 제공하고 Pulsar/Quasar 파일 QC 시스템을 사용하여 QC를 완료하는 서비스입니다.   이를 통해 조직은 핵심 비즈니스에 집중하고 QC 설정과 관리는 서비스 제공자에게 맡길 수 있습니다. 
QCaaS는 사용한 만큼만 비용을 지불하는 서비스로, 장기적인 약정 없이 필요할 때마다 QC를 수행할 수 있는 유연성을 제공합니다. 이는 비용절감이라는 측면에서 기업에 있어 유용한 시스템입니다.

QC 시스템, 즉 품질 관리(Quality Control) 시스템은 제품이나 서비스의 품질이 일정한 기준이나 규격을 만족하는지 확인하고  관리하는 활동을 말합니다. 주요 활동으로는 제품의 검사, 불량률 측정, 오류 수정 등이 있습니다. 이 과정은 최종 제품의 품질을 확보하고, 불량품이 시장에 출하되지 않도록 하여 소비자의 신뢰를 얻는 데 중요한 역할을 합니다.

품질 보증(QA, Quality Assurance)과는 다른 개념으로, QA는 제품이나 서비스가 품질 기준을 만족시킬 것이라는 확신을 
제공하는 전반적인 활동입니다. QA는 제품의 설계부터 생산, 배송에 이르기까지의 전체 과정에서 품질을 보장하기 위한 
계획 및 시스템 구축에 중점을 둡니다.

품질 경영(QM, Quality Management)은 QC와 QA를 포함하는 더 넓은 개념으로, 조직의 품질 정책 및 목표를 
달성하기 위해 품질 계획, 품질 관리, 품질 보증, 그리고 품질 개선을 포괄하는 전반적인 관리 활동을 의미합니다. 
QM은 제품 또는 서비스의 전체 수명 주기 동안 일관된 품질을 유지하고 향상하기 위한 체계적인 접근법에 중점을 둡니다. 이러한 시스템들은 제품의 품질을 유지하고 개선하는 데 필수적이며, 고객 만족도를 높이고 기업의 경쟁력을 강화하는 데 기여합니다.

 

검토 결론.

산업 혁명이 일어났을 시 가장 수익을 많이 낸 것은 증기기관 생산 업체가 아니었습니다. 철강회사 철도 회사였습니다.
컴퓨터 산업 시대가 열렸을 때 가장 이익을 많이 본 것은  컴퓨터 생산업체가 아니었습니다. MS였습니다.
스마트폰이 나왔을 때 가장 수익을 많이 본 것은 스마트폰 부품업체가 아니었습니다. 디자인과 플랫폼의 애플이었습니다.
3 대장 기업을 훑어보며 드는 생각은 기술의 대중화까지 얼마 남지 않았을 수도 , 요원할 수 도 있다는 점이었습니다.
골드러시 시대에서 돈을 많이 버는 것은 광부가 아닌 청바지 업체였던 것처럼.  양자컴퓨터가 개발되어 대중화될 때 핵심요인을 알아보는 것이 더 중요해 보입니다.  
현실적인 이익을 발생시키지 못하는 위의 3 대장기업에 투자는 비권장할 만하다 여겨집니다. 만일, 양자 컴퓨터가 대중화된다면 양자컴퓨터의 처리속도를 활용하여 서비스를 제공하는 업체가 그 혜택을 상당히  누릴 것으로 보입니다. 
분야는 기업서비스가 될지 VR이 될지 좀 더 지켜봐야 하겠습니다.