Expermental Implementation

 

이론적인 양자컴퓨터를 실제로 어떻게 구현할 것인가에 대해 많의 논의가 이루어지고 있다. 실험적으로 양자컴퓨터를 만드는데 필요한 조건은

  1. 정보를 구현할 수 있어야 한다.
  2. elementary gate에 해당하는 operation이 가능해야 한다.
  3. 연산을 위한 초기 상태의 준비가 가능해야 한다.
  4. 연산결과를 읽어낼 수 있어야 한다.
등을 꼽을 수 있다.
1. 정보를 구현하는 것은 큐빗(qubit)을 무엇으로 사용하느냐 하는 문제로 임의의 two level system이면 2진정보를 표현할 수 있으며 스핀 1/2 입자의 스핀상태, 빛의 편광상태 등이 이용되고 있다. 단, 사용되는 system은 중첩과 같은 양자역학적 특징을 가질 수 있어야 한다.
 
2. Elementary gate에 해당하는 operation이 가능해야 한다는 것은 앞서 언급한 바와 같이 Toffoli gate나 임의의 1 qubit rotation, 2 bit XOR operation이 가능해야 한다는 것으로 주어진 양자계의 해밀토니안을 이용해서 이러한 operation을 구현할 수 있어야 한다. 이것이 가능해야 연산을 수행할 수 있다.(Quantum gate and quantum network을 참고하라.)
 
3. 연산을 위한 초기상태의 준비는 연산이란 것이 주어진 input에 대해 연산종류에 따른 output을 주는 것이라는 점에서 지극히 당연한 과정이다. 보통 input을 준비하는 것은 특정한 순수상태(pure state)가 준비되어 있으면 elementary gate들의 조합으로부터 만들어 낼 수 있으므로 초기상태의 준비는 특정한 순수상태를 만들어 내는 것이라고 할 수 있다. 그런데 보통의 양자계는 실온에서 열평형상태의 혼합상태(mixed state)에 있게 되므로 온도를 매우 낮추어 바닥상태(ground state)로 만들거나 해야 하므로 아직 어려움이 많이 존재한다. NMR QC의 경우 특정한 경우에 열평형상태를 input으로 이용해도 됨이 알려져 있다.(archive의 2번 문서를 참조하라.)
 
4. 연산결과를 읽어낼 수 있어야 한다는 것은 말 그대로 연산의 결과를 읽어내는 적절한 방법이 존재해야 한다는 것이다. 기존의 컴퓨터의 경우 단순히 전압이 걸려있는가, 아닌가만 측정하면 되지만 양자계의 경우에는 적절한 해밀토니안을 이용하여 우리가 측정가능한 observable에 연산결과를 표현할 수 있어야 한다.

현재 실험되거나 제안된 모델들은 다음과 같은 것이 있다.

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