양자컴퓨터와 양자우월성 단신

최근 양자컴퓨터와 양자우월성에 관한 흥미로운 두 논문이 아카이브에 올라왔다. 이전 글들 [글 1, 글 2, 글 3, 글 4, 글 5]보다 훨씬 간단하게 정리해봄. 앞선 글에서 찾을 수 있겠지만, 양자우월성 실험은 고전컴퓨터로 수행하기 어렵거나 굉장히 오랜 시간이 걸리는 일을 양자컴퓨터를 통해 빠르게 수행하는 실험을 말한다. 그러한 일을 찾는것도 꽤나 중요한 문제이고, 현재 실험에서는 랜덤회로샘플링 [관련 지난 글]이나 보손샘플링 [관련 지난 글]을 쓴다.

• 우선 오늘 올라온 논문에 따르면 중국의 여러 팀이 모여 구글의 이전 양자우월성 실험에 쓰였던 Sycamore를 뛰어넘는, 최대 66큐비트까지 다룰 수 있는 새로운 양자컴퓨터 Zuchongzhi를 만들었다고. 이름은 중국의 수학자 조충지에서 따온듯. 이 새로운 컴퓨터를 통해 구글이 진행했던 랜덤회로샘플링을 56큐비트, 20뎁스에 대해 1.9 × 10⁷개의 수를 샘플링했고, 이를 통해 0.0662%의 XEB Fidelity를 얻었다고. 비교대상이였던 과거 구글의 실험은 53큐비트, 20뎁스에 대해 3 × 10⁶개의 수를 샘플링했고, 0.224%의 Fidelity를 얻었다. (지난 글에도 말했지만, 정확한 양자컴퓨터는 100%에 가까운 Fidelity를 얻어야한다! 그만큼 에러가 넘친다는 말.)
  
  고전 시뮬레이션을 통해 비슷한 결과를 얻으려면 27648개의 GPU를 가진 슈퍼컴퓨터 Summit을 이용했을때 Sycamore의 실험은 15.9일, 자신들의 실험은 8.24년이 걸릴것이라고, 지난글에서 다뤘던 Pan과 Zhang의 결과는 일종의 치팅이여서 샘플된 수가 xxx0000처럼 생겨 굉장히 편향되어있고, 확인하기 쉽기때문에 직접 비교의 대상으로는 삼지 않았다고 한다.
  
  개인적인 느낌으로는 당연히 훌륭한 결과지만, Sycamore가 첫 발자국을 찍은 이후로 나온 자연스러운 다음 걸음으로 보임 ㅋ 보손샘플링도 그렇고 양자컴퓨터의 구현측에서 중국이 선두로 나서고 있다는 의미가 큰듯.
  
  
  
• 지난주 올라온 논문은 조금 다르게 양자 문제를 고전 컴퓨터로 푸는것에 대해 다룬다. 특히 여러 입자에 대한 정보가 주어졌을 때 이후 상태를 예측하는 다체 문제(Many-body problem) 등의 문제는 한꺼번에 많은 정보를 다뤄야하기때문에 고전적인 컴퓨터를 사용해서는 푸는것이 어렵다고 알려져 있다. 그런데, 이전 여러 논문 [관련 논문]에서 (고전적) 기계학습의 모델을 잘 설계하고 양자 실험결과를 데이터로 주면 휴리스틱하게 다체 문제를 잘 푼다는 것이 알려졌다고 한다.
  
  이 논문에서는 이러한 다체 문제에 관련된 태스크와 다른 몇몇 태스크가 기계학습을 이용해 잘 풀수 있다는 걸 증명했다고 한다. 즉, 고전적 기계학습이 다체문제를 풀 수 있다는걸 증명했다고 한다. 저자들이 사용한 방식은 특정 양자상태를 고전적으로 기록하는, 최근 발전된 classical shadow라는 툴을 사용했다고. 얘는 물리도 머신러닝도 잘 몰라서 더 자세히 읽기 어렵다..
  
  쓰고보니 얘는 양자컴퓨터와도 양자우월성과도 직접적인 관계는 없구만 -_- 그치만 다체문제의 경우 양자컴퓨터가 잘 풀수 있는 구체적인 예시로 제시되었던 것 같으니, 양자컴퓨터에 대한 작은 회의감을 불러 일으킬수도 있겠다. Classical shadow는 여러번 들어보았는데 아직 제대로 공부를 안해봤다 -_- 물론 머신러닝쪽도 잘 모르니 논문을 읽을 엄두도 안나지만.