땋고 꼰다: 위상 양자 컴퓨터의 계산법

시공간의 끈으로 계산하는, 애니온이라고 불리는 이상한 입자들로 만들어진 기계는 실제 양자 컴퓨터의 지름길이 될 지도 모른다.
글 | Graham P. Collins

양자 컴퓨터는 통상의 컴퓨터에서는 불가능하리라 여겨졌던 계산을 가능케 할 수 있다. 어떤 계산들은 실생활에서도 중요한 것이다. 예를 들어, 컴퓨터가 아주 짧은 시간 안에 큰 숫자를 인수분해(因數分解) 할 수 있으면 널리 이용되는 암호화 방법도 깰 수 있다. 사실상 중요한 데이터를 암호로 만드는 기술은 양자 알고리즘에 대해 취약성을 안고 있다.

양자 컴퓨터의 넉넉한 힘은 그 작동이 비트 대신 큐빗, 또는 양자 비트로 이루어지는 데서 나온다. 흔히 쓰는 비트는 0과 1이다. 보통의 마이크로 칩의 활용은 이러한 이진법을 철저히 따른다. 반면 큐빗은, 부분적으로 0과 1이 함께 존재하는 중첩 상태를 가질 수 있다. 큐빗의 상태를 구(球)의 한 점으로 나타낼 수도 있다. 북극을 기존의 1로 치면, 남극은 0이고, 그 사이의 점들은 모두 0과 1의 가능한 모든 중첩 상태에 대응된다. 전체 구 표면을 돌아다닐 수 있는 큐빗의 자유도가 양자 컴퓨터만의 독특한 힘의 원천이 된다.

불행히도, 양자 컴퓨터는 만들기가 매우 어려울 것으로 예상된다. 큐빗들은 이온이나 전자와 같은 갇혀 있는 입자들의 양자적 특성으로 기술될 수 있다. 하지만 이들의 중첩 상태는 극도로 민감하여 컴퓨터를 구성하는 모든 물질들을 포함한 주변 환경과의 미세한 상호 작용으로도 .....