빅 컴퓨팅 팟캐스트: 양자 컴퓨팅


이번에 빅 컴퓨트 팟캐스트 에피소드에서는 Gabriel Broner가 Steve Reinhardt를 호스트하여 양자 컴퓨팅에 대해 논의합니다. 양자 컴퓨터란 무엇인지, 기존 컴퓨터보다 훨씬 빠르게 해결할 수 있는 문제는 무엇인지, 현재 우리는 어디에 있는지, 그리고 미래는 어떻게 될 것인지에 대한 대화를 들어보세요.


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개요 및 주요 의견
양자 컴퓨터는 양자 효과를 활용하여 기존 고성능 컴퓨터에서 순차적이었던 처리를 병렬화합니다. 이를 통해 암호화 코드 해독 및 복잡한 최적화에서 최적의 솔루션 찾기와 같은 어려운 문제를 해결할 수 있습니다.
양자 컴퓨터 란 무엇입니까?
“양자 컴퓨터는 중첩과 같은 양자 효과를 활용하는 컴퓨터입니다. 양자 컴퓨터는 0 또는 1일 수 있지만 동시에 0과 1일 수도 있는 양자 비트 또는 큐비트로 구성됩니다. 양자 컴퓨터가 활용하는 추가 효과는 얽힘과 양자 터널링입니다.”
“게이트 모델과 양자 어닐링 머신이라는 두 가지 주요 아키텍처가 있습니다. 게이트 머신은 클래식 컴퓨터와 더 유사합니다. 양자 어닐링 기계에서는 에너지 환경을 지정하고 어닐링을 통해 낮은 에너지 상태를 찾습니다. 게이트 모델 컴퓨터에는 더 많은 충실도 큐비트가 필요하며 현재는 50~70큐비트입니다. 양자 어닐링 기계는 높은 충실도를 요구하지 않으며 현재 약 2000큐비트를 보유하고 있습니다.”
어떤 문제를 해결할 수 있나요?
“고전적인 고성능 컴퓨터는 부동 소수점 연산을 잘 처리하여 편미분 방정식을 푼다. 양자 컴퓨터는 이러한 문제를 해결하지 못할 것입니다. 좋은 경기는 아니다.”
“양자 컴퓨터가 유용할 문제 유형은 조합 최적화 영역입니다. 전형적인 문제는 영업사원이 여러 도시를 방문해야 하고 비용을 최소화해야 하는 출장 영업사원입니다. 비슷한 문제는 팀 선택, 즉 리그 우승 확률을 극대화하기 위해 선수를 선택하는 방법입니다. 또 다른 문제 영역은 효과가 있는 답을 찾는 것이 목적인 제약 만족입니다. 예를 들어 암호화를 깨는 데 사용할 수 있는 큰 숫자 인수분해가 있습니다.”
어떤 결과가 달성되고 있나요?
“친화적인 방식으로 구성된 문제의 경우 결과가 1,000배 더 빠릅니다. 실제 문제의 경우 우리는 대략적인 수준에 있습니다. 모든 세대의 개선은 극적입니다.”
오늘 우리는 어디에 있습니까?
“말도 안 될 정도로 이른 시간이다. 40년대에 시작된 클래식 컴퓨터를 생각해 보십시오. 바이트 크기는 60년대까지 표준화되지 않았습니다. 우리는 지금 양자 컴퓨터의 50년대에 살고 있습니다. 아직 FORTRAN이 없습니다. 많은 가능성이 있습니다. 많은 실험이 진행되고 있습니다. 전통적인 컴퓨터에 대한 경험으로 인해 우리는 이러한 개발이 훨씬 더 빠르게 진행될 것으로 기대합니다.”
곧 독립형 양자 컴퓨터를 기대해야 할까요?  
“수십 년 동안 양자 컴퓨터는 클래식 컴퓨터와 하이브리드 모드로 사용될 것입니다. 따라서 개발자로서 완전한 문제를 해결할 필요는 없습니다. 계산에 소요되는 시간을 확인하고 해당 모델을 양자 컴퓨터로 이동할 수 있습니다. 이러한 모듈은 수십억 배 더 빠르게 최적화될 수 있습니다.”
도전 과제는 무엇입니까?

  • “클래식 컴퓨팅 세계에서는 이전 기술의 주요 부분을 사용하고 차세대를 위해 몇 가지 하위 시스템을 변경할 수 있습니다. 양자 컴퓨터를 사용하면 성능을 제공하는 데 첫 번째 문제가 없기 때문에 다음에 어떤 차원을 개선해야 할지 알기가 어렵습니다. 우리는 고객과 협력하고 시스템을 매우 빠르게 발전시키며 올바른 선택을 해야 하는데 이는 쉽지 않습니다.”
  • “게이트 모델 시스템의 경우 오류 수정은 주요 과제입니다. 디지털 정확성에 의존하는 디지털 시스템이지만 큐비트에는 어느 정도 오류가 있습니다. 가장 좋은 생각은 10~100개의 물리적 큐비트를 사용하여 단일 오류 수정 큐비트를 만드는 것이지만 문제는 오늘날 시스템이 50개 정도의 물리적 큐비트를 가지고 있다는 것입니다.”
  • “현실 세계의 문제는 우리가 가지고 있는 칩보다 더 클 것입니다. 현재 시스템을 사용하기 위해 더 큰 문제를 어떻게 분해합니까?”
  • “생물학자, 화학자, 물리학자와 같은 분야 전문가는 양자 컴퓨팅 전문가가 아닙니다. 문제를 어떻게 받아들이고 이를 양자 컴퓨터에 매핑합니까?”

양자 컴퓨터가 클라우드에 있을까요?
“광범위한 액세스를 확보하고 많은 사람들이 이 기술을 사용하도록 하려면 클라우드 액세스가 필수입니다. 우리는 수년 동안 하이브리드 세계를 예상하기 때문에 기존 컴퓨터는 양자 컴퓨터로 부품을 보낼 것이므로 해당 연결의 대기 시간은 XNUMX차 문제이며 코로케이션 및 예약 문제는 효과적으로 해결되어야 합니다.”
앞으로 몇 년 동안 우리는 무엇을 기대해야 합니까?
“우리는 양자 컴퓨터를 범용으로 사용하기까지 3~5년 정도 남았습니다. 오류 수정에는 10년 이상이 걸릴 수 있습니다. 첫 번째 애플리케이션 그룹의 이점은 매우 클 것이며 일단 이것이 입증되면 다른 사람들은 매우 빠르게 마이그레이션할 것입니다.”
Steve Reinhardt - D-Wave 소프트웨어 도구 이사
스티브 라인하르트
Steve Reinhard는 Cray의 이사 등 고성능 컴퓨팅 분야에서 다년간의 경험을 갖고 있습니다. 지난 XNUMX년 동안 그는 양자 컴퓨팅 회사인 D-Wave에서 소프트웨어 도구 이사로 재직했습니다.
Gabriel Broner는 Rescale의 HPC 부사장 겸 GM입니다.
가브리엘 브로너
Gabriel Broner는 Rescale의 HPC 부사장 겸 GM입니다. 2017년 25월 Rescale에 합류하기 전에 Gabriel은 Cray의 OS 설계자, Microsoft의 GM, Ericsson의 혁신 책임자, SGI/HPE의 HPC VP 및 GM으로 업계에서 XNUMX년을 보냈습니다.

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