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이름:전미 과학·공학·의학한림원 (National Academies of Sciences, Engineering, and M)

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2020년 7월 <양자 컴퓨팅 발전과 전망>

전미 과학·공학·의학한림원(National Academies of Sciences, Engineering, and M)

1863년에 링컨 대통령이 서명한 의회 법안에 의해 과학 기술 관련 문제에 관한 국가의 조언을 제공하는 민간 비정부 기관으로 설립됐다. 회원들은 연구에 탁월한 공헌을 한 동료 중에서 선출된다. 마르샤 맥넛 박사(Dr. Marcia McNutt)가 의장으로 활동하고 있다.
전미 공학한림원은 1964년에 전미 과학한림원 산하의 국가에 공학 관련 자문을 하고자 설립됐다. 회원들은 공학에 대한 특별한 기여를 한 동료 중에서 선출된다. 모트 주니어 박사(Dr. CD Mote, Jr.)가 의장이다.
전미 의학한림원(구 의학연구소)은 1970년 전미 과학한림원 산하의 의료 및 건강 문제에 대해 국가에 자문을 제공하고자 설립됐다. 회원들은 약과 건강에 대한 저명한 공헌을 한 동료 중에서 선출된다. 빅터 드자우 박사(Dr. Victor J. Dzau)가 의장이다.
전미 과학·공학·의학한림원은 협력해 국가에 대해 독립적이고 객관적인 분석 및 자문을 제공하며 복잡한 문제를 해결하고 공공정책 결정에 정보를 제공하는 기타 활동을 수행한다. 또한 교육과 연구를 장려하고 지식에 대한 탁월한 공헌을 인정해 과학, 공학 및 의학 문제에 대한 대중의 인식을 높이고 있다.
전미 과학·공학·의학한림원에서 발표한 공동 연구 보고서는 인정된 전문가 위원회에서 작성한 각 사항의 연구 보고서에 기반을 두고 합의된 사항들을 문서화했다. 전미 과학·공학·의학한림원은 www.nationalacademies.org에서 더 자세히 알아볼 수 있다.  

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저자의 말

<양자 컴퓨팅 발전과 전망> - 2020년 7월  더보기

10년 전에는 대부분의 사람에게 알려지지 않았던 양자 컴퓨팅(Quantum Computing)은 지난 몇 년간 대중의 상상력을 자극했다. 이러한 관심 중 일부는 무어의 법칙으로 알려진 기술 스케일링 둔화에 대한 염려 때문에 생겨난 것일 수도 있다. 무어의 법칙이 반세기 이상 컴퓨팅 성능을 주도해왔고 대체 컴퓨팅 기술에 대한 관심은 늘고 있다. 그러나 관심은 대부분 양자 컴퓨터의 독보적인 연산 능력과 근본적인 하드웨어, 소프트웨어와 알고리즘을 동작시키는 데 필요한 최근 기술 진보에서 기인한다. 양자 컴퓨터가 나오기 전의 모든 사실적인 컴퓨팅 디바이스는 확장된 '처치-튜링 명제(Church-Turing Thesis)'를 만족시킨다. 모든 컴퓨팅 디바이스의 성능은 일반적인 '보편적(universal)' 컴퓨터보다 다항식 크기만큼 빠를 수 있다. 상대적 속도 향상은 성능 법칙만큼 올라갈 수 있다. '클래식' 컴퓨팅 디바이스의 설계자가 동작 속도를 높이고(클록 주기를 늘림), 각 클록 주기 동안 완료할 수 있는 작업 수를 늘림으로써 컴퓨팅 성능은 여러 단계 향상됐다. 이러한 변화로 인해 컴퓨팅 성능이 크게 향상됐지만 결과는 보편적인 컴퓨팅 디바이스보다 약간 더 빠른 정도일 뿐이다. 1993년에 나온 번스타인(Bernstein)의 논문은 양자 컴퓨터가 확장된 처치-튜링 명제를 넘어설 수 있다는 것을 보여줬고, 1994년의 피터 쇼어(Peter Shor)는 양자 컴퓨팅의 실용적인 예를 보여줬다. 양자 컴퓨터는 이 문제를 고전 컴퓨터보다 기하급수적으로 빠르게 해결할 수 있다. 이 결과는 흥미롭지만 그 당시에는 양자 컴퓨터, 양자 비트 또는 '큐비트(qubit)'의 가장 기본적인 요소를 만드는 방법조차 알지 못했다. 그렇지만 최근에는 많은 상황이 바뀌었다. 트랩된 이온 원자(트랩된 이온)를 사용하는 기술과 소형 초전도 회로를 사용하는 기술은 연구 그룹이 작은 데모 양자 컴퓨팅 시스템을 구축할 수 있는 정도까지 발전했으며, 일부 그룹은 연구 커뮤니티에 이러한 기술을 이미 제공하고 있다. 이러한 최근의 진보로 인해 전 세계적으로 양자 컴퓨팅에 대한 관심이 폭발적으로 증가했다. 그러나 이 관심과 함께 과대한 선전, 양자 컴퓨팅의 잠재력과 현재 상태 간의 혼란이 동시에 존재하게 됐다. 이제는 양자 컴퓨팅이 컴퓨터 성능의 지속적인 스케일링을 가능하게 만들거나(예를 들어 단기적 영향은 적지만, 장기적 효과는 아직 알려지지 않음) 컴퓨터 산업을 어떻게 변화시킬지에 관한 기사를 자주 접할 수 있게 됐다. 양자 컴퓨팅의 실현 가능성 및 시사점에 대한 기술 평가위원회(Committee on Technical Assessment of the Feasibility and Implications of Quantum Computing)는 이 분야를 탐구해 현재의 첨단 기술, 범용 양자 컴퓨터의 가능성 및 파급 효과에 대한 명확성을 확보하는 데 도움을 주고자 모였다. 이와 같은 작업을 하면서 위원회는 양자 컴퓨팅의 이론적 특성과 한계를 분명히 하고 그 분야에 대한 대중의 일반적인 오해를 바로잡을 수 있는 기회를 가질 수 있다. 위원회는 직접적인 회의를 진행했고 일부 전화 회의와 원격 협업으로 작업을 수행했다. 그리고 위원회는 책임을 다하고자 양자 컴퓨터 하드웨어, 소프트웨어 및 알고리즘의 현재 상태를 이해하고 쇼어의 알고리즘을 적용할 수 있는 스케일링 가능한 게이트 기반 양자 컴퓨터를 만들기 위해 무엇이 필요한지 파악하는 데 집중했다. 이 과정의 초기 단계에서 현재의 공학적 접근법은 스케일링 가능하고 오류가 완전히 수정된 양자 컴퓨터를 만드는 데 필요한 크기로 직접 스케일링할 수 없다는 것을 분명히 확인했다. 결과적으로 이 그룹은 이 목표를 향한 발전 상황을 추적하기 위한 중간 지표를 찾는 데 중점을 뒀다. 이 작업 전반에 걸쳐 위원회는 여러 분야의 관점을 통합하고 단일 구성 요소나 단일 분야의 측면보다는 시스템 관점에서 실용적인 양자 컴퓨터 구축을 생각해보려고 노력했다. 이 작업은 전체적으로 분류되지 않은 상황에서 수행됐다. 결과적으로 양자 컴퓨팅의 발전 방향, 가능성, 영향에 대한 위원회의 평가는 위원회의 전문성과 경험, 공개 회의에서 수집된 데이터, 외부 전문가와 일대일 대화 및 정보만을 통해 이뤄졌으며, 국가에서 수행된 분류 활동에 관한 어떠한 정보도 위원회에 제공되지 않았다. 결과적으로 위원회는 평가가 정확하다고 믿지만, 평가는 필연적으로 불완전한 정보를 바탕으로 이뤄짐을 인정하고 개방된 과학 분야 외부 연구(비공개 또는 분류)가 필요할 수 있는 가능성을 배제하지 않는다.

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