양자 컴퓨터 초보자입니다. 지난번 IBM Quantum Experience와 Blueqat을 사용하여 2진수의 가산 회로를 만들려고 했는데, 아마 이런 의문이 있다고 생각합니다.

보통의 디지털 계산과 다르지 않은 것은 ...?

맞습니다. 지난번 는 4회 계산하여 4개의 대답을 얻었습니다. 이것으로 보통 계산기 싶은 것과 큰 차이가 없습니다. 이번에는 여기에 $H$게이트를 적용하여 양자의 중첩을 사용한 계산을 실시해, 양자 같음을 체감해 봅니다.

가산 회로에 H 게이트 적용

지난번 Circuit Composer로 만든 가산 회로의 q[0]과 q[1]에 $H$ 게이트를 적용합니다. 준비는 이것뿐.
Measurement Probability의 결과를 보면 4개의 값이 나란히 있습니다.

가산 회로 복습

이 가산 회로에서는 q[0]과 q[1]이 입력 비트, q[2]와 q[3]이 출력 비트였습니다. 그리고 다음과 같이 계산하는 것을 상정하고 있었던 것이었습니다.


입력1 q[0]
입력2 q[1]
출력 첫 번째 자리 q[2]
출력 두 번째 자리 q[3]


0
0
0
0

1
0
1
0

0
1
1
0

1
1
0
1

결과 확인

Circuit Composer에서는 q[3], q[2], q[1], q[0]과 양자 비트의 순서와 반대로 결과를 내기 때문에, 나란히 있는 4자리 숫자는 선두 2개가 출력값, 뒤에 2개가 입력 값입니다. 앞의 표의 오른쪽에서 왼쪽으로 숫자가 줄지어 있다고 생각해 주시면 OK입니다.


그래서 $H$ 게이트를 넣는 것으로 하나의 회로로 4개의 계산을 동시에 할 수 있었습니다!

발상의 비약이 필요(아마)

이런 일이 일어나는 것은 $H$ 게이트를 적용하는 것으로, q[0], q[1]이 0과 1의 값을 50%씩 가지는, 즉 0이기도 하고 1이기도 하는 양자의 중첩 맞추기 상태가 되기 때문입니다. 확정적이지 않은 값을 입력값으로 계산하면 확정적인 결과가 나온다는 것은 아무래도 양자 같고, 보통의 계산과는 꽤 이미지가 다르기 때문에 발상의 비약이 필요할 것 같은 생각이 듭니다 .

Blueqat에서 계산해보기

같은 계산을 Blueqat에서 해보겠습니다. 쓰는 것은 단지 이것뿐. 짧은 ...

from blueqat import Circuit
Circuit().h[0,1].ccx[0,1,3].cx[1,2].cx[0,2].m[:].run(shots=100)

계산하면 이런 식으로 네 가지 결과가 반환됩니다. Circuit Composer와는 반대로 q[0], q[1], q[2], q[3]의 순서로 결과가 나오고 있는 것에 주의해 주세요.

Counter({'0000': 23, '0110': 31, '1010': 25, '1101': 21})

아직 양자 프로그래밍 처음 며칠이지만, 양자 프로그래밍은 설정까지 힘들지만 계산은 일격 같은 인상을 가졌습니다. 이 근처가 양자 컴퓨터가 주목받는 이유일지도 모릅니다.

참고 자료

Blueqat 자습서 중첩을 사용한 더하기