양자역학에 대한 생각와 양자 신호처리

Wigner function에 대해서 찾아보다가.. Wigner quasiprobability distribution에 대해서 알게 되었다. 위키 백과에서는 "양자 역학에서 계의 위상 공간 위에 존재하는 함수 또는 준 확률분포"라고 명명하고 있다.

(준 확률분포? 일반 확률분포와 달리 위그너 분포는 음의 값을 가질 수 있기 때문에 준 확률분포라고 한다)

 

과연 양자 역학이란건 무엇일까? 

위키백과에 따르면 양자역학은 분자, 원자, 전자, 소립자와 미시적인 계의 현상을 다루는 즉, 작은 크기를 갖는 계의 현상을 연구하는 물리학의 분야라고 한다. 현대 물리학의 기초인 양자역학은 컴퓨터의 주요 부품인 반도체의 원리를 설명해 주는 등 과학기술, 철학, 문학, 예술 등 다방면에 중요한 영향을 미쳐 20세기 과학사에서 빼놓을 수 없는 이론이라고 한다. 

 

양자 역학을 이해하려면 "양자"와 "역학"을 각각 살펴보는게 좋다고 한다. 위키 백과에 따르면 양자의 quantum은 양을 의미하는 quantity에서 온 말로서, 무엇인가 띄엄띄엄 떨어진 양으로 있는 것을 가르키고, 역학이라는 말은 이러저러한 힘을 받는 물체가 어떤 운동을 하게 되는지 밝히는 물리학의 한 이론이라고 한다. 결론에서 위키 백과는? 힘과 운동이다. 결국 띄엄띄엄 떨어진 양으로 있는 것이 이러저러한 힘을 받으면 어떤 운동을 하게 되는지 밝히는 이론이라고 하는데, 4대 역학을 배운 경험이 이 양자역학을 이해하는데 도움이 될지는 아직 잘 모르겠다. 양자역학을 왜 이해하려고 하면, 양자 신호처리에 대해서 관심이 생겼기 때문이다. 

 

 

 

양자 역학을 기본으로 한 양자 신호처리란? 양자 신호처리는 기존의 신호 처리와는 달리 양자 역학, 양자 원리를 기초로 한 새로운 개념의 신호처리라고 한다.  [1] 의 출처에 의하면 기존의 신호처리와 개념적으로 통합이 가능한 구조가 제시된다고 나오며, 신호처리이론, 양자화, 샘플링방법, 검출, parameter estimation, covariance shaping... 등 여러 분야에 쓰인다고 한다. 현재까지 신호 처리 알고리즘은 물리학에서 알려진 이론들을 응용하여 발전되어 있다고 한다. 그래서 양자 신호처리에 가장 유명한 책은 Y. C. Eldar ,A. V. Oppenheim과 저술한 Quantum Signal Processing책이 있다.그건 나중에 읽어 보는 걸로 하고...  양자역학에 대해서 생각나는게 있으면 티스토리에 포스팅 해보려고 한다. 

 

 

구글링을 또 해보니 이제는 양자컴퓨팅에 대한 개념이 나온다. 양자역학에서는 서로다른 상태가 중첩된 값이 확률적으로 존재한다고 한다.  양자 컴퓨터에서는 큐비트(Qbit)라는 양자비트로 표현하는데, [2]의 예로서는 0과 1라는 2개의 큐비트를 쓰면? 00, 01, 10, 11 상태로 표시가 가능하다고 한다. 결국 $2^2$ 상태를, 3개의 큐비트로는 $2^3$..결국 n개의 큐비트로는 $2^n$수만큼 표현이 가능하기 때문에 큐비트가 많으면많을수록 한번에 처리하는정보량이 현재 우리가 사용하고 있는 비트 체계의 컴퓨터보다월등하게 많다.

 

양자 컴퓨터는 큐비트라는 개념때문에 수백년 걸릴 연산을 수초로 해결할 수 있다는 기대가 있으며, 많은 계산량이 필요한 양자 물리학, 등 다양한 분야에서 많이 쓰일것으로 예측되며, 양자 컴퓨터가 도입되면 현재의 암호체계를 전면 개편해야 한다고 한다. [2] 

 

[2]에 따르면, 현실에서 쓰이는 양자컴퓨터를 만드려면 최소 1만 큐비트 소자로 구성된 회로, 즉 $2^<10000>$ 표시가 가능한 회로가 필요기 때문에 큐비트 회로를 안정적으로 유지하기 위한 기초연구가 필요하다고 한다. 연산에 활용하는 전자, 광자, 이온 등의 양자 중첩 현상을 안정적으로 유지할 수 있는 연구가 현재 진행중에 있다고 한다. 

 

 

 

 

 

 

 

<출처>

1. www.ndsl.kr/ndsl/search/detail/report/reportSearchResultDetail.do?cn=KOSEN0000000166130 

2. www.ibs.re.kr/cop/bbs/BBSMSTR_000000000901/selectBoardArticle.do?nttId=14274&pageIndex=1&mno=sitemap_02&searchCnd=&searchWrd=

3.