클리포드 양자회로의 해법과 최적화 연구
주어진 클리포드 연산자(게이트)를 하다마드 게이트(Hadamard gate), 사분 위상 게이트(quadrant phase gate), CNOT 케이트 등 기본 클리포드 게이트(elementary Clifford gates)로 분해하여 클리포드 양자 회로를 구성하는 체계적인 방법을 개발하고, 이를 최적화하는 방법을 찾는다. 이러한 과정을 통하여 양자 계산의 개념을 이해하고, 양자 알고리즘의 구성 요소와 원리를 익힐 수 있다.
연구내용
- 임의의 양자 게이트 혹은 클리포드 게이트와 같이 일정한 범위 안의 양자 게이트를 기본 양자 게이트(elementary quantum gates)로 분해, 분석, 최적화(optimization)하는 과정을 통해 양자 계산의 원리를 이해할 수 있다. 클리포드 양자 회로의 강점은 [그림 1]과 [그림 2]를 비교하면 쉽게 짐작할 수 있다. - 클리포드 게이트의 특성을 구체적으로 알아보고, 이를 이용한 클리포드 양자회로의 특징을 알아본다. - 클리포드 게이트의 특성을 이용하여 일반적인 클리포드 연산자를 단일 큐비트와 두 큐비트에 작용하는 기본 클리포드 게이트로 분해하는 일반적인 방법을 개발한다. - 위에서 찾은 기본 클리포드 게이트로 이루어진 클리포드 양자회로를 최적화하는 방법을 탐구한다.
학습목표 및 기대효과
- 글로벌 대기업의 양자 컴퓨터 개발과 양자 계산 클라우드 서비스를 계기로 양자 컴퓨터를 소개하는 대중매체의 기사, 대중강연 등은 급격히 늘어났으나, 양자 계산 혹은 양자정보처리 등의 원리를 이해 할 수 있는 프로그램은 여전히 부족하다. - 임의의 양자 게이트 혹은 클리포드 게이트(Clifford gates)와 같이 일정한 범위 안의 양자 게이트를 기본 양자 게이트(elementary quantum gates)로 분해, 분석, 최적화(optimization)하는 과정을 통해 양자 계산의 원리를 이해할 수 있으며, 연구성과에 따라 양자정보과학의 발전에 기여할 수 있다.
참고문헌
- D. Gottesman, Stabilizer Codes and Quantum Error Correction (Ph.D. Thesis, California Institute of Technology, 1997). - 영어 원본: Mahn-Soo Choi, "A Quantum Computation Workbook" (Springer, 2022). - 한국어 번역본: 이민철, 최만수 번역, "혼자서 풀어보는 양자컴퓨팅" (청범출판사, 2023).