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양자컴퓨터 하드웨어 구조와 동작 원리
    
    
        
 양자컴퓨터 하드웨어 구조와 동작 원리
1. 양자컴퓨터의 물리적 구조
            희석냉장고
            
            
            
            실온 (300K)
            제어 전자회로
            
            
            4K 단계
            1차 냉각
            
            
            100mK 단계
            2차 냉각
            
            
            10mK 단계
            큐비트 동작 온도
            
            
            
            큐비트 칩
            
            
            
                큐비트 양자 상태
                
                
                
                |0⟩
                기저 상태
                
                
                
                |1⟩
                여기 상태
                
                
                
                
                
                중첩 상태
                α|0⟩ + β|1⟩
            
            
            
            
            마이크로파 제어
            레이저 펄스
            자기장 제어
            
            
            
            
            
            
                
                    
                
            
        
        
        
희석냉장고 (Dilution Refrigerator)
2. 온도별 기능과 양자 상태 제어
300K
실온
4K
액체헬륨
100mK
예냉각
10mK
큐비트 동작
온도별 주요 기능:
300K (실온): 제어 전자회로, 컴퓨터, 신호 처리 장비
4K: 1차 냉각, 열잡음 차단, 마이크로파 필터
100mK: 2차 냉각, 전자기 차폐, 진동 차단
10mK: 큐비트 동작, 양자 결맞음 유지, 양자 상태 제어
 초저온에서의 양자 현상
10mK의 극저온에서는 열에너지(kT)가 양자 에너지 준위보다 훨씬 작아져서, 모든 원자와 전자가 거의 동일한 양자 상태를 가집니다. 이로 인해 양자 결맞음(coherence)이 유지되고, 큐비트들이 서로 얽힘(entanglement) 상태를 형성할 수 있습니다.
3. 큐비트 제작 기술
초전도 큐비트
                
                
                
                
                조제프슨 접합
            
            
            
            
                이온 트랩 큐비트
                
                
                
                
                
                전기장 트랩
            
            
            
            
                광자 큐비트
                
                
                편광 상태
            
            
            
            
                실리콘 스핀 큐비트
                
                
                
                
                전자 스핀
            
        
        
        
4. 양자 병렬처리와 암호화 해킹 예시
쇼어 알고리즘을 이용한 RSA 암호 해킹
            
            
            
            1. 입력
            RSA 공개키
            N = p × q
            
            
            
            2. 큐비트 준비
            중첩상태 생성
            |0⟩ + |1⟩ + … + |2^n-1⟩
            
            
            
            3. 양자 푸리에 변환
            주기 찾기
            a^r ≡ 1 (mod N)
            
            
            
            4. 측정
            소인수 계산
            p, q 도출
            
            
            
            
            
            
            
            
                양자 병렬처리 동작
                
                
                고전 컴퓨터
                
                순차 처리: 2^n 번 계산
                
                
                
                
                
                각각 순서대로 처리
                
                
                양자 컴퓨터
                
                병렬 처리: 1번에 모든 계산
                
                
                모든 경우의 수를 동시에 처리
                
                
                
                    
                    
                    
                    중첩상태
                
            
        
        
        
쇼어 알고리즘 (Shor’s Algorithm)
5. 양자 얽힘과 처리 요청 방법
양자 얽힘을 이용한 정보 처리
            
            
            
            큐비트 1
            
            
            
            
            
            
            양자 얽힘
            
            
            
            큐비트 2
            
            
            
            
            
                측정 과정
                
                
                
                측정 전
                중첩 상태
                |00⟩ + |11⟩
                
                
                
                측정
                
                
                
                측정 후
                확정 상태
                |00⟩ 또는 |11⟩
            
            
            
            
                
                결과 읽기
                1. 양자상태 붕괴
                2. 고전 비트로 변환
                3. 확률적 결과 획득

양자컴퓨터의 구성과 동작 – 초전도 (Superconducting)

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