Quantum Computers Aren’t What You Think — They’re Cooler | Hartmut Neven | TED

번역: Jinhyun Kwon 검토: DK Kim

I'm Hartmut, I lead Google Quantum AI.

저는 구글 퀀텀 AI를 이끌고 있는 하트무트입니다.

I have been working on quantum computing since 2012.

저는 2012년부터 양자 컴퓨팅을 연구해왔습니다.

And let me tell you why this is so intriguing.

이게 왜 그렇게 흥미진진한지 말씀드리죠.

Today's computers, like your laptop or a server at a Google data center,

여러분 노트북이나 구글 데이터 센터의 서버 같은 현대 컴퓨터들은

operate on the binary logic of zeros and ones.

0과 1의 이진법 논리로 작동합니다.

A quantum computer like this one replaces the binary logic

이와 같은 양자 컴퓨터는

양자 물리 법칙으로 이진법 논리를 대체합니다.

with the laws of quantum physics that gives it more powerful operations,

더 강력한 연산 능력을 주고

allowing it to perform certain computations with way fewer steps.

훨씬 적은 단계로 특정 계산을 수행할 수 있습니다.

So where does this superpower come from?

이 초능력은 어디서 오는 걸까요?

Quantum computing is the first technology

양자 컴퓨팅이라는 기술은 최초로

that takes the idea serious that we live in a multiverse.

우리가 다중우주에 살고 있다는 아이디어를 진지하게 받아들입니다.

It can be seen as farming out computations to parallel universes.

[평행 우주]

이는 계산을 평행 우주로 분산하는 것으로 볼 수 있습니다.

Let me explain.

설명해 드릴게요.

In quantum physics,

[중첩]

양자 물리학에서

the key mathematical object

여러 우주들을 설명하는 핵심 수학 개념은

to describe many worlds is called superposition.

바로 중첩입니다.

To understand what it is, let's look at this simple system.

이를 이해하기 위해 간단한 시스템을 보겠습니다.

You just need three bits to describe it.

이 시스템을 묘사하는 데는 3 비트만 있으면 됩니다.

Each coin is a two-state system.

각 동전은 두 가지 상태가 있습니다.

Heads or tails,

앞면 아니면 뒷면, 0 아니면 1이죠.

zero or one.

We look at a start state.

시작 상태를 살펴보겠습니다.

If I were to know which forces act on the system,

제가 만약

[고전]

시스템에 어떤 힘이 작용하는지 안다면

then I can predict its trajectory and future states.

경로와 미래 상태를 예측할 수 있습니다.

This is how we reason in classical physics and also in everyday life.

이것이 고전 물리학과 일상생활에서 우리가 추론하는 방식입니다.

But if you were to treat this as a quantum system,

그런데 만약에

[양자 물리학]

이걸 양자 시스템으로 다룬다면,

then it can branch into many configurations simultaneously.

동시에 여러 구성으로 분기될 수 있습니다.

And we have to keep track of all those trajectories,

또 우리는 그 모든 경로를 추적하고 간섭해서

interfere them to make an accurate prediction

미래에 어떤 상태에 있을지 정확하게 예측합니다.

of what states we are going to see in the future.

양자 역학 방정식들은

So the equations of quantum mechanics

tell us that at any time, any object,

모든 순간, 모든 대상이,

myself or the world at large,

나 자신이든 아니면 모든 세상이든,

exists in a superposition of many configurations.

수많은 구성들의 중첩으로 존재한다고 말해줍니다.

Intriguingly, look around in this room.

흥미진진하죠, 이 방을 둘러보세요.

우리도 구성을 만들고 있습니다.

We are forming a configuration too.

And the equations of quantum physics would suggest

양자 물리학 방정식들은

우리가 다른 세상에서는 다른 구성으로 앉아 있을 거라고 합니다.

that we sit in different arrangements in different worlds.

This superpower can be applied to computation.

이 초능력은 계산에 적용될 수 있습니다.

Picture a search task.

검색을 한다고 상상해 보세요.

By envisioning a very tall closet with a million drawers,

서랍이 백만 개 있는 아주 큰 수납장을 떠올리세요.

I place an item in one of the drawers.

서랍 한 칸에 물건을 넣습니다.

How many drawers do you have to open to find the item?

서랍을 몇 개나 열어봐야 그 물건을 찾을 수 있을까요?

In average it will be half a million,

평균 50만 개이겠지만

but if you had access to a quantum algorithm,

여러분이 양자 알고리즘을 쓸 수 있다면

그 물건을 찾기까지 단 천 단계면 됩니다.

it would only be 1,000 steps to find the item.

How in the world can this be?

도대체 어떻게 이럴 수 있을까요?

Indeed, it cannot be in a single world.

사실, 단일 세계에서는 그럴 수 없습니다.

So here you see a good example

따라서 이 예는

of how quantum computing can attain an advantage

양자 컴퓨팅이 평행 세계에서 계산을 수행하여

by performing computations in parallel worlds.

어떻게 이점을 얻는지 잘 보여 줍니다.

Let me show you how to use a quantum computer in practice.

실제로 양자 컴퓨터를 어떻게 쓰는지 보여드리겠습니다.

So here you see a program in Cirq,

이것은 써크(Cirq)로 작성한 프로그램입니다.

or Python-based programming language to express quantum algorithms.

써크는 양자 알고리즘을 표현하는 파이썬 기반 언어입니다.

It looks like sheet music.

악보처럼 보이지요.

Each line represents a qubit,

각 행은 큐비트 하나를 나타내고

and each box represents an operation.

각 상자는 연산을 나타냅니다.

When I hit return,

제가 출력을 누르면

산타바바라에 있는 저희 데이터 센터로 전송됩니다.

then it gets transmitted to our data center

in Santa Barbara.

Here you actually see a live feed of one of our machines.

여러분은 저희 컴퓨터 중 한 대를 실시간으로 보고 계십니다.

Actually, our most powerful quantum computers now have over 100 qubits.

사실, 저희의 가장 강력한 양자 컴퓨터는 이제 백 큐비트가 넘습니다.

There, the operations get translated into waveforms,

거기서 연산은 파형으로 변환됩니다.

electrical pulses that control the qubits.

파형은 큐비트를 제어하는 전기 펄스입니다.

You see how the waveforms change as I change the circuit.

제가 회로를 바꾸면 파형이 어떻게 변하는지 보이시죠.

So this is a simple two-qubit circuit performing quantum search.

이것은 양자 검색을 수행하는 간단한 2큐비트 회로입니다.

For the programmers among you,

여기 오신 프로그래머분들은

please note how I find one item in a database of four

4개로 구성된 데이터베이스에서 데이터베이스를 한 번만 호출해서

by only doing a single call to the database.

어떻게 한 항목을 찾는지 보시기 바랍니다.

이것은 일반 컴퓨터로는 할 수 없는 일입니다

This is something you could not do on an ordinary computer.

So what can you do with quantum computers today?

그렇다면 오늘날 양자 컴퓨터로 무엇을 할 수 있을까요?

We have prepared interesting quantum states

우리는 흥미로운 양자 상태를 준비하고 그 특성을 연구했습니다.

and studied their properties.

This has led to dozens of publications

그 결과 논문 수십 편이

in high-impact journals like Nature or Science.

네이처나 사이언스 같은 영향력 있는 학술지에 출판되었습니다.

Actually, I like to think of it as creating little pieces of magic.

사실, 저는 이것을 작은 마법이라고 생각합니다.

For example, one state we prepared

예를 들어 우리가 준비한 상태 중 하나는

can be thought of as spawning a tiny traversable wormhole.

지나갈 수 있는 작은 웜홀을 만드는 것으로 생각할 수 있습니다.

이를 통해 웜홀 물리학을 배울 수 있습니다.

We can use it to learn about the physics of wormholes.

We can throw a qubit in

큐비트를 던져넣고 반대편에서 어떻게 다시 나타나는지 볼 수 있죠.

and see how it reappears on the other side.

We made time crystals.

우리는 타임 크리스탈을 만들었습니다.

That's a cool word, isn't it?

멋진 이름이죠?

타임 크리스탈을 귀걸이로 달고 싶지 않은 사람이 있을까요?

Like, who doesn't want to have a time crystal as an earring?

Time crystals have amazing physical properties.

타임 크리스탈의 물리적 특성은 놀랍습니다.

They change periodically in time without ever exchanging energy

시간이 흐르면서 주기적으로 변하는데

주변 환경과 에너지를 교환하지 않으면서도 그렇습니다.

with the environment.

That's the closest to a perpetual mobile

이는 물리 법칙이 허용하는 한에서 영구 운동에 가장 근접하죠.

that the laws of physics allow you to get.

Or a final example, non-abelian anyons.

또 다른 예는 비아벨리안 애니온입니다.

무척 거창한 이름이지만

This is a mouthful,

but these are systems that change the overall properties

동일한 부품 두 개를 서로 바꿨는데

전체적인 성질이 바뀌는 시스템을 말합니다.

when exchanging two identical parts,

something humans have never seen before.

인간이 전에 본 적이 없는 것이죠.

Because envision a little house made of Lego bricks

예를 들어 레고 블록으로 작은 집을 만들고

and envision swapping two bricks that look identical.

똑같아 보이는 두 블록을 교체한다고 상상해 보세요.

In everyday life, you would not notice a difference,

일반적으로는 차이를 알아챌 수 없을 것입니다.

but quantum physicists had predicted that systems can exist,

하지만 양자 물리학자들이 예측한 바로는

that exchange or change their properties

동일한 부품 두 개를 교환했는데

when you exchange two identical parts.

그 성질이 바뀌는 시스템이 존재할 수 있습니다.

To date, nobody has performed

지금까지는 양자 컴퓨터에서만 할 수 있는

a practical application that can only be done on a quantum computer.

실용적인 응용을 해낸 사람이 아무도 없습니다.

Despite what you may have read in the press.

여러분이 뉴스에서 뭐를 봤던 간에요.

But today, I'm excited to tell you that we are completing the design

하지만 오늘 여러분께 말씀드리게 되어 매우 기쁩니다.

우리는 최초 상용 활용으로 이어질 수 있는

of an algorithm that may lead to first commercial applications.

알고리즘 설계를 완성하고 있습니다.

This quantum algorithm performs signal processing

이 양자 알고리즘은 신호 처리를 수행하여

to enable new ways to detect and analyze molecules

핵 전자 스핀 분광법을 사용하여

분자를 감지하고 분석하는 새로운 방법을 가능하게 합니다.

using nuclear electronic spin spectroscopy.

In time, this may lead to exciting consumer applications.

시간이 지나면 이는 흥미로운 소비자 응용 분야로 이어질 것입니다.

Envision a device akin to an electronic nose

상상해 보세요.

휴대폰이나 스마트워치에 전자 코 같은 장치가 달립니다.

in your phone or smart watch.

Wouldn't it be awesome if your phone could warn you

위험한 바이러스가 있는 방에 들어갔을 때

that you step into a room with dangerous viruses?

휴대폰이 경고해 준다면 정말 멋지지 않을까요?

Or if your smart watch could detect free radicals in your bloodstream

또는 스마트 워치가 혈류에서 활성 산소를 감지하여

아사이 주스를 마실 시간이라고 알려주거나

and tell you it's time to drink your acai juice,

or warn you of allergens in food

알레르기 유발 물질이 음식에 들어 있다고 경고하는 등

or many other truly helpful use cases.

정말 유용한 사례들을 여러 가지 들 수 있습니다.

더 많은 응용 프로그램을 활용하려면

To unlock more applications,

you will need to build a large error-corrected quantum computer.

오류를 수정한 대형 양자 컴퓨터를 만들어야 합니다.

Here you see our road map.

이건 우리 예상 일정입니다.

How to build a computer with a million physical qubits.

물리 큐비트가 백만 개인 컴퓨터를 만드는 방법.

It consists of six milestones.

이에는 이정표가 여섯 가지 있고

and we achieved already the first two.

우리는 이미 처음 두 단계를 달성했습니다.

Prior to 2019,

2019년 이전까지는

nobody had shown a beyond classical computation on a quantum computer.

아무도 양자 컴퓨터로 고전 컴퓨터를 능가한 적이 없었습니다.

We were the first to demonstrate it.

우리가 최초로 그렇게 했습니다.

Our chip could perform a computation

우리 칩은 당시 가장 빠른 슈퍼컴퓨터가

that the then-fastest supercomputer would have needed 10,000 years to do.

만 년 걸렸을 계산을 수행할 수 있었습니다.

But recently, we repeated this experiment.

최근에 우리는 이 실험을 다시 했는데

And now, Frontier, today's top supercomputer,

오늘날 최고 슈퍼컴퓨터인 프론티어가

would need one billion years to perform this computation.

이 계산을 하려면 십억 년이 걸릴 것입니다.

This dramatic growth in compute power corroborates Neven's Law,

이처럼 급격하게 성장하는 계산 능력은 네벤의 법칙을 증명합니다.

양자 컴퓨터의 발전이 지수 성장보다 더 빠를 것이라는 예측이죠.

which says that the power of quantum computers will grow

at a double exponential rate.

In 2023, we achieved the second milestone.

2023년에 우리는 두 번째 이정표에 이르렀습니다.

We demonstrated again for the first time

우리는 다시 한번 처음으로

that quantum error correction is a scalable technology.

양자 오류 보정이 확장 가능한 기술임을 입증했습니다.

Error correction sounds boring, but it's crucial.

시시하게 들리지만 오류 수정은 매우 중요합니다.

Today, our two-qubit operations have an error rate of 1 in 1,000.

현재 2 큐비트 연산의 오류율은 천분의 1입니다.

That means that in every 1,000 steps or so,

즉, 천 단계 정도마다 양자 컴퓨터가 고장납니다.

the quantum computer will crash.

To improve this,

이를 개선하려고 논리 큐비트 하나에 물리 큐비트를 여러 개 결합하여

we combine many physical qubits to a logical qubit

to reduce the error rate to 1 in a billion or even less.

오류율을 10억 분의 1 또는 그 이하로 줄였습니다.

We are about halfway through our road map,

현재 일정은 절반 정도 완성되었으며,

and we are optimistic that we will complete it

10년 이내에 완성할 것으로 낙관하고 있습니다.

before the end of this decade.

우리는 분석 및 수치 연구를 수행해서

We have done analytical and numerical studies

어떤 알고리즘이 대형 양자 컴퓨터에 영향을 미칠지 예측하려고 했습니다.

to predict which algorithms will be impactful

on such a large quantum computer.

A class of applications we like and we call Feynman's killer app,

우리가 좋아하는 응용 분야로 파인만의 킬러 앱이라고 부르는 앱은

is the simulation of systems where quantum effects are important.

양자 효과가 중요한 시스템의 시뮬레이션입니다.

This is relevant for designing more effective,

이는 더 효과적인 맞춤 의약품을 설계하는 데 적합합니다.

more targeted medicines.

Specifically, we have worked with a pharmaceutical company

특히, 우리는 한 제약회사와 협력하여

on algorithms to describe cytochrome P450.

시토크롬 P450을 설명하는 알고리즘을 개발했습니다.

This group of enzymes metabolizes about 75 percent of the drugs we take.

이 효소 집단은 우리가 복용하는 약물의 약 75%를 대사합니다.

Or the design of lighter, faster-charging batteries

또는 더 가볍고 빠르게 충전되는 배터리의 설계에도 적용될 수 있습니다.

that can hold a larger charge for electric cars

전기 자동차에서 충전용량을 더 키울 수 있는 배터리죠.

or even electric airplanes.

전기 비행기에도 사용할 수 있습니다.

Or to hasten the design of fusion reactors to help with climate change,

아니면 기후 변화에 도움이 될 핵융합로의 설계를 앞당길 수도 있는데

arguably humanity's most urgent challenge.

이는 우리에게 가장 시급한 과제라고 할 수 있겠죠.

A recent result is a novel algorithm

최근 결과로 나온 새로운 알고리즘은

that delivers significant speed up for optimization.

최적화 속도를 크게 높여줍니다.

This is a big deal

이건 아주 중요한 사항인데 왜냐하면 최적화 문제는

because optimization problems are ubiquitous

공학, 재무 또는 머신 러닝에서 매우 흔한 문제거든요.

in engineering, finance or machine learning.

A way to think about this result is in the future,

이 결과가 미칠 영향 중 하나를 생각해보면

when an AI will play chess or Go against the quantum AI,

미래에 AI가 양자 AI를 상대로 체스나 바둑을 둔다면

the quantum AI will win.

양자 AI가 이긴다는 겁니다.

This result shows that quantum computers

이 결과가 보여 주는 것은

will become a must-have capability

양자 컴퓨터가 기본적인 계산 작업에

to serve foundational computational tasks.

반드시 필요한 기능이 된다는 것입니다.

I'm also very interested in the intersection of physics

저는 물리학과 신경생물학의 교차점에도 관심이 많습니다.

and neurobiology.

Quantum information science

양자 정보 과학을 통해

may enable us to answer one of humanity's deepest questions:

인류가 품은 아주 심오한 질문 중 하나에 답을 얻을 것입니다.

What creates conscious experience?

“의식을 만드는 것은 무엇인가?”

An attractive conjecture is that consciousness

흥미로운 추측 중 하나에서는

is how we experience the emergence

다중우주를 구성하는 수많은 세계 중 한 고전적 세계의 출현을

of a single classical world

out of the many the multiverse is composed of.

우리가 경험하는 방식을 의식이라고 합니다.

With academic collaborators,

저는 학계 협력자들과 함께

I have started a program to experimentally test this conjecture

양자 신경생물학의 방법을 사용하여

using methods of quantum neurobiology.

이 추측을 실험하는 프로그램을 시작했습니다.

If our conjecture is correct,

우리의 추측이 맞다면 인간의 의식을

this would allow us to expand human consciousness in space,

공간, 시간, 복잡성 속에서 확장할 수 있을 것입니다.

time and complexity.

In conclusion,

결론적으로, 우리는 세계 최초로 유용한 양자 컴퓨터를 만들고

we are making steady progress

towards building the world's first useful quantum computer

그 엄청난 힘을 중요한 과제에 적용하는 방향으로

and applying its enormous power to important challenges.

꾸준히 진전을 이루고 있습니다.

양자 컴퓨터는 미래 세대에게 선물이 될 것입니다.

A quantum computer will be a gift to future generations,

giving them a new tool to solve problems that today are unsolvable.

지금은 해결할 수 없는 문제를 해결할 새로운 도구를 주는 것입니다.

Thank you.

감사합니다.

(Applause)

(박수)