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1. 개요
양자정보과학(quantum information science)은 양자역학적 원리들을 이용하여 정보의 전송, 해석, 처리를 연구하는 학문 분야이다. 양자 정보로 무엇이 가능하고 무엇이 불가능한지 알아내는 것부터 해서, 계산모델의 이론적 분석, 양자물리학 실험 등 다양한 주제들을 다룬다.양자정보과학은 컴퓨터 과학, 물리학, 수학, 전기전자공학 등의 여러 측면으로 이루어진 종합적 분야이며, 양자컴퓨터의 이론적, 실험적 근간이되는 학문이다.
2. 역사
이 분야는 리처드 파인만이 1981년에 MIT에서 양자물리학의 장점을 이용할 수 있는 컴퓨터를 만들자고 제안한 데에서 시작되었으며, 그로버의 탐색 문제 알고리즘과 1994년에 피터 쇼어가 양자 소인수분해 알고리즘을 발표한뒤로 꾸준히 성장해왔다.[1]3. 기반
이론적인 기반은 양자 얽힘과 양자 얽힘을 판별하는 벨의 부등식을 기반으로 한다. 양자 상태의 임의의 물리량이 벨의 부등식에 일치하면 오류가 발생하기 때문에 중요한 역할을 한다. 실험적으로는 1969년 존 클라우저가 광자 편광을 이용한 얽힌 광자 실험으로 양자상태가 벨의 부등식에 위배됨을 확인했다.[2][3]양자화 시킨 정보를 다루는 튜링 머신의 기반적인 메커니즘은 양자 상태 레지스터 초기화 > 양자 중첩 제어 > 제어된 확률값의 분석순으로 진행된다. 레지스터를 초기화 시키는 단계는 양자 중첩이 발생되도록 하는 과정이다. 주로 아다마르 선형 변환이 레지스터로써 이용된다.
4. 여담
양자정보이론이라는 용어를 사용하는 경우도 있지만, 이 용어에는 양자정보를 이용한 실험이 빠져있기 때문에 양자정보에 관한 전반적인 분야를 언급할 경우 양자정보과학이라는 용어를 사용한다.한국에서는 양자정보과학이 제4차 산업 혁명의 엔진이 될 것이 분명함에도 양자정보과학 전문인력이 다른 선진국들에 비해 현저히 적다는 지적을 받자, 전문인력 양성 사업을 국가과제로 선정하여 고려대학교 주관 양자대학원과 KAIST 양자대학원이라 불리는 대학원 연합체들이 발족되었다. 이에 따라 국내에서 양자정보과학을 연구하는 대다수의 대학원생들은 학점교류 제도를 통해 일부 커리큘럼을 공유하며, 국가로부터 인건비를 지원받는다.
[1]
https://physics.mit.edu/research-areas/quantum-information-science/
[2]
J. F. Clauser, M. A. Horne, et al., Phys. Rev. Lett. 23, 880 (1969).
[3]
2022년 노벨물리학상 수상