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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 양자 사피엔스 인재 양성센터라 불리는 대학원 연합체를 발족시켰다. 이에 따라 국내에서 양자정보과학을 연구하는 각 대학원의 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