A beginner's guide to quantum computing | Shohini Ghose

번역: Hanwool Chung 검토: TJ Kim

Let's play a game.

게임을 하나 해보죠.

Imagine that you are in Las Vegas,

라스베가스의 카지노에 있다고 상상해보세요.

in a casino,

and you decide to play a game on one of the casino's computers,

컴퓨터를 상대로 게임을 해 보기로 합니다.

혼자서 카드나 체스를 할 때처럼요.

just like you might play solitaire or chess.

The computer can make moves in the game, just like a human player.

컴퓨터도 사람처럼 수를 쓰며 게임을 하잖아요.

This is a coin game.

이제 동전 뒤집 게임을 할 건데요.

It starts with a coin showing heads,

동전의 앞면이 나오고

and the computer will play first.

컴퓨터가 먼저 시작합니다.

It can choose to flip the coin or not,

동전을 뒤집을지 말지 선택할 수 있고

but you don't get to see the outcome.

여러분은 결과를 알 수 없죠.

Next, it's your turn.

이제 여러분 차례에요.

You can also choose to flip the coin or not,

여러분도 동전을 뒤집을지 말지 선택할 수 있고

and your move will not be revealed to your opponent, the computer.

이 결과 또한 상대방인 컴퓨터는 알지 못하죠.

Finally, the computer plays again, and can flip the coin or not,

마지막으로, 컴퓨터가 한 번 더 뒤집을지 말지 선택하고

and after these three rounds,

이렇게 세 판이 끝나면

the coin is revealed,

동전을 확인합니다.

and if it is heads, the computer wins,

앞면이면 컴퓨터가 이긴 거고

if it's tails, you win.

뒷면이면 여러분이 이긴 거예요.

So it's a pretty simple game,

꽤 간단하죠.

and if everybody plays honestly, and the coin is fair,

아무도 속임수를 쓰지 않고, 동전에도 이상이 없다면

then you have a 50 percent chance of winning this game.

여러분이 이길 확률은 반이죠.

And to confirm that,

이를 확인해보려고

I asked my students to play this game on our computers,

학생들에게 저희 컴퓨터를 가지고 그 게임을 해보라고 했어요.

and after many, many tries,

수없이 반복해 본 결과

their winning rate ended up being 50 percent, or close to 50 percent,

승률이 50%로 나왔어요. 아니 50% 가깝게요.

as expected.

예상대로였죠.

Sounds like a boring game, right?

재미없는 게임 같죠?

But what if you could play this game on a quantum computer?

하지만 상대가 양자컴퓨터라면 어떨까요?

Now, Las Vegas casinos do not have quantum computers,

현재 라스베가스 카지노에는 양자컴퓨터가 없는데,

as far as I know,

제가 알기론요.

but IBM has built a working quantum computer.

하지만 IBM에서 실제 작동하는 양자컴퓨터를 만들었어요.

Here it is.

바로 이거죠.

But what is a quantum computer?

그런데 양자컴퓨터가 뭘까요?

Well, quantum physics describes

양자물리학이 설명해 주는 건

the behavior of atoms and fundamental particles,

원자와 기초입자들의 움직임이죠.

like electrons and photons.

전자나 광자 같은 것들이요.

So a quantum computer operates

즉, 양자컴퓨터는

by controlling the behavior of these particles,

이런 입자들의 움직임을 조절하며 작동하는데

but in a way that is completely different from our regular computers.

기존의 컴퓨터와는 완전히 차원이 다르죠.

So a quantum computer is not just a more powerful version

그러니까, 양자컴퓨터는

기존 컴퓨터에 그저 뛰어난 성능만 더해진 것이 아닙니다.

of our current computers,

just like a light bulb is not a more powerful candle.

아무리 밝은 양초라고 해서 전구와 같은 수 없는 것처럼요.

You cannot build a light bulb by building better and better candles.

양초를 계속 개발한다고 전구가 되진 않잖아요.

A light bulb is a different technology,

전구는 전혀 다른 기술이고

based on deeper scientific understanding.

훨씬 더 깊은 과학적 이해가 바탕이 됩니다.

Similarly, a quantum computer is a new kind of device,

마찬가지로 양자컴퓨터는 새로운 종류의 기기입니다.

based on the science of quantum physics,

양자물리학에 그 기반을 두고 있죠.

and just like a light bulb transformed society,

전구가 세상을 변화시킨 것처럼

quantum computers have the potential to impact

양자컴퓨터 또한 우리 삶의 많은 부분을

so many aspects of our lives,

변화시킬 잠재력이 있죠.

including our security needs, our health care and even the internet.

안전과 건강, 심지어 인터넷까지요.

So companies all around the world are working to build these devices,

전 세계의 기업들이 그 개발을 위해 애쓰고 있는데

and to see what the excitement is all about,

그들이 열광하는 이유를 알아보기 위해

let's play our game on a quantum computer.

양자컴퓨터와 게임을 해보겠습니다.

So I can log into IBM's quantum computer from right here,

바로 이 자리에서 IBM의 양자컴퓨터에 접속해서

which means I can play the game remotely,

원격으로 게임이 가능합니다.

and so can you.

여러분도 할 수 있어요.

To make this happen, you may remember getting an email ahead of time, from TED,

TED에서 미리 보낸 이메일 하나를 기억하실텐데요.

asking you whether you would choose to flip the coin or not,

동전을 뒤집을지 말지 선택하라는 거였죠.

if you played the game.

이 게임에 참여한다면 말이죠.

Well, actually, we asked you to choose between a circle or a square.

사실, 원과 사각형 중 하나를 고르라고 했죠.

You didn't know it, but your choice of circle meant "flip the coin,"

모르셨겠지만, 원은 "동전을 뒤집는다"이고

and your choice of square was "don't flip."

사각형은 "안 뒤집는다"로 정해 뒀어요.

We received 372 responses.

답장이 372개 왔습니다.

Thank you.

감사드려요.

That means we can play 372 games against the quantum computer

덕분에 양자컴퓨터를 상대로 게임을 372번 할 수 있었죠.

using your choices.

여러분의 선택을 적용해서요.

And it's a pretty fast game to play,

꽤 간단한 게임이라

so I can show you the results right here.

바로 결과를 보여드릴게요.

Unfortunately, you didn't do very well.

안타깝게도, 결과가 별로 좋지 않네요.

(Laughter)

(웃음)

The quantum computer won almost every game.

양자컴퓨터가 거의 다 이겼거든요.

It lost a few only because of operational errors in the computer.

작동오류로 몇 판 내줬을 뿐이죠.

(Laughter)

(웃음)

So how did it achieve this amazing winning streak?

어떻게 이런 연승이 가능했을까요?

It seems like magic or cheating,

마술 아니면 속임수 같지만

but actually, it's just quantum physics in action.

사실 양자물리학으로 간단히 설명됩니다.

Here's how it works.

어떤 원리인지 보시죠.

A regular computer simulates heads or tails of a coin as a bit,

일반 컴퓨터는 동전의 양면을 비트로 인식합니다.

a zero or a one,

0 아니면 1 이죠.

or a current flipping on and off inside your computer chip.

컴퓨터 칩 안의 전류를 켰다 껐다 하는 식입니다.

A quantum computer is completely different.

양자컴퓨터는 완전히 다릅니다.

A quantum bit has a more fluid, nonbinary identity.

양자비트는 훨씬 유동적이고 이진법이 적용되지 않죠.

It can exist in a superposition, or a combination of zero and one,

'중첩'으로 0 과 1의 값을 동시에 가질 수 있어요.

with some probability of being zero and some probability of being one.

0과 1의 확률이 공존한다는 거죠.

In other words, its identity is on a spectrum.

다시 말해, 그 정체를 알 수 없습니다.

For example, it could have a 70 percent chance of being zero

예를 들면, 0일 확률이 70%고

and a 30 percent chance of being one

1일 확률이 30%거나

or 80-20 or 60-40.

8 대 2 또는 6 대 4 등

The possibilities are endless.

그 조합엔 끝이 없죠.

The key idea here

여기서 핵심은

is that we have to give up on precise values of zero and one

0과 1의 정확한 값은 포기하고

and allow for some uncertainty.

약간의 불확실성을 감안해야 하는 것입니다.

So during the game,

게임을 하면서

the quantum computer creates this fluid combination of heads and tails,

양자컴퓨터는 동전의 앞과 뒤의 유동적 조합을 만듭니다.

zero and one,

0과 1이죠.

so that no matter what the player does,

따라서 상대가 뭘 선택하든,

flip or no flip,

동전을 뒤집든 말든

the superposition remains intact.

이 중첩은 그대로 유지됩니다.

It's kind of like stirring a mixture of two fluids.

마치 두 종류의 액체를 섞어 젓는 것과 같은데요.

Whether or not you stir, the fluids remain in a mixture,

젓든 젓지 않든 액체는 섞인 채로 있으니까요.

but in its final move,

마지막 차례에서

the quantum computer can unmix the zero and one,

양자컴퓨터는 0과 1을 분리하고

perfectly recovering heads so that you lose every time.

완전하게 앞면을 재생해 여러분은 매번 지게 됩니다.

(Laughter)

(웃음)

If you think this is all a bit weird, you are absolutely right.

좀 희한하다고 생각하셔도 지극히 정상입니다.

Regular coins do not exist in combinations of heads and tails.

일반 동전은 앞과 뒤를 동시에 볼 수 없잖아요.

We do not experience this fluid quantum reality

우리는 유동적인 양자의 세계를

in our everyday lives.

일상에선 경험하지 못합니다.

So if you are confused by quantum,

전혀 감이 안 잡혀도

don't worry, you're getting it.

곧 알게 될테니, 걱정도 마세요.

(Laughter)

(웃음)

But even though we don't experience quantum strangeness,

'양자 기묘도'를 경험하지 않더라도

we can see its very real effects in action.

그 효과를 실제로 볼 수는 있어요.

You've seen the data for yourself.

방금 그 데이터를 직접 보셨잖아요.

The quantum computer won

양자컴퓨터가 이겼던 건

because it harnessed superposition and uncertainty,

중첩과 불확정성을 이용한 덕분입니다.

and these quantum properties are powerful,

이 강력한 양자의 특성을 이용하면

not just to win coin games,

동전게임을 이길 뿐만 아니라

but also to build future quantum technologies.

미래의 양자 기술도 구축할 수 있죠.

So let me give you three examples of potential applications

이 말씀드릴 양자의 세 가지 잠재적 응용은

that could change our lives.

우리 삶을 바꿀 수도 있습니다.

First of all, quantum uncertainty could be used to create private keys

첫째, 양자 불확정성은 메시지 전송을 암호화하는

for encrypting messages sent from one location to another

개인 암호키를 만드는 데 사용할 수 있습니다.

so that hackers could not secretly copy the key perfectly,

해커들이 이를 완벽하게 복제할 수 없는 건

because of quantum uncertainty.

양자의 불확정성 덕분입니다.

They would have to break the laws of quantum physics

양자물리학의 법칙을 깨뜨려야

to hack the key.

그 암호키를 따낼 수 있죠.

So this kind of unbreakable encryption is already being tested by banks

이 강력한 암호 체계는

은행 등 전 세계 여러 기관에서 이미 시험 운영되고 있습니다.

and other institutions worldwide.

Today, we use more than 17 billion connected devices globally.

오늘날 170억 대 이상의 컴퓨터가 전 세계에 걸쳐 서로 연결돼 있죠.

Just imagine the impact quantum encryption could have in the future.

양자 암호체계가 미래에 끼칠 영향을 상상해보세요.

Secondly, quantum technologies could also transform health care and medicine.

둘째, 양자기술은 보건의료도 변화시킬 수 있습니다.

For example, the design and analysis of molecules for drug development

예를 들어, 신약개발 과정에서 분자의 설계와 분석은

is a challenging problem today,

여전히 어려운 문제입니다.

and that's because exactly describing and calculating

왜냐면 분자 내 모든 원자들의

all of the quantum properties of all the atoms in the molecule

양자적 특성을 모두 정확하게 기술하고 계산하는 건

is a computationally difficult task, even for our supercomputers.

슈퍼컴퓨터로도 아주 까다롭기 때문이죠.

But a quantum computer could do better,

하지만 양자컴퓨터는 보다 쉽게 처리할 수 있습니다.

because it operates using the same quantum properties

양자컴퓨터에 이용되는 양자의 특성이

as the molecule it's trying to simulate.

모방하려는 분자들과 동일하기 때문입니다.

So future large-scale quantum simulations for drug development

따라서 미래의 신약 개발을 위한 대규모 양자 시뮬레이션을 통해

could perhaps lead to treatments for diseases like Alzheimer's,

알츠하이머 같은 병도 치료하며

which affects thousands of lives.

수천 명의 삶에 영향을 줄 수 있죠.

And thirdly, my favorite quantum application

셋째, 제가 가장 좋아하는 양자 응용분야인데요.

is teleportation of information from one location to another

한 곳에서 다른 곳으로 정보를 순간이동시키는 거죠.

without physically transmitting the information.

물리적인 전송이 아닙니다.

Sounds like sci-fi, but it is possible,

공상과학 같지만 가능해요.

because these fluid identities of the quantum particles

유동성을 가진 양자 입자는

can get entangled across space and time

시공간을 넘나들 수 있으니까요.

in such a way that when you change something about one particle,

하나의 입자에 변화를 주면 다른 입자들도 영향을 받는 식으로

it can impact the other,

and that creates a channel for teleportation.

순간이동 통로를 만들죠.

It's already been demonstrated in research labs

이미 여러 연구기관에서 입증했고

and could be part of a future quantum internet.

향후 양자 인터넷을 실현할 수도 있습니다.

We don't have such a network as yet,

이런 네트워크는 아직 존재하지 않지만

but my team is working on these possibilities,

저희 팀이 그 가능성을 연구하고 있어요.

by simulating a quantum network on a quantum computer.

양자컴퓨터에서 양자네트워크를 시험 가동해 보면서요.

So we have designed and implemented some interesting new protocols

그래서 몇 가지 흥미로운 통신체계를 설계해 구현해 봤죠.

such as teleportation among different users in the network

네트워크 사용자 간 정보의 순간이동,

and efficient data transmission

보다 효율적인 자료 전송,

and even secure voting.

철저한 보안의 투표 체계 등이죠.

So it's a lot of fun for me, being a quantum physicist.

양자물리학자가 되길 정말 잘했단 생각이 들어요.

I highly recommend it.

강추합니다.

(Laughter)

(웃음)

We get to be explorers in a quantum wonderland.

신비한 양자 세계를 탐험할 수 있잖아요.

Who knows what applications we will discover next.

또 뭘 발견할지 누가 알겠어요?

We must tread carefully and responsibly

신중한 접근과 책임감을 갖고

as we build our quantum future.

양자의 미래를 건설해야 합니다.

And for me, personally,

그리고 전 개인적으로

I don't see quantum physics as a tool just to build quantum computers.

양자물리학을 양자컴퓨터를 만드는 도구로만 생각하진 않아요.

I see quantum computers as a way for us to probe the mysteries of nature

양자컴퓨터는 우리가 자연의 신비를 탐구하고

and reveal more about this hidden world outside of our experiences.

아직 경험해보지 못한 세상을 보여줄 도구로 생각하죠.

How amazing that we humans,

인류는 정말 대단하잖아요.

with our relatively limited access to the universe,

우주에 대한 접근은 제한적이지만

can still see far beyond our horizons

결국 지평선 너머의 많은 것들을 볼 수 있게 되었습니다.

just using our imagination and our ingenuity.

상상력과 독창성만으로 그걸 가능케 했죠.

And the universe rewards us

그리고 우주는 그에 대한 보답으로

by showing us how incredibly interesting and surprising it is.

놀라운 신비와 경이로움을 우리에게 보여주고 있습니다.

The future is fundamentally uncertain,

미래는 본질적으로 불확실하지만

and to me, that is certainly exciting.

그 점이 제겐 너무나 흥미진진합니다.

Thank you.

감사합니다.

(Applause)

(박수)