양자컴퓨팅 (Quantum Computing) 편집하기 (부분)

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== 양자 어닐링 (Quantum Annealing, QA)과 양자 교대 연산자 가설풀이 (Quantum Alternating Operator Ansatz) ==

[[File:기술백서 전체수정_20.jpg|thumb|300px|D-wave systems에서 개발한 양자 어닐링 컴퓨터<ref name=Dwave/>.
]]

양자 어닐링(quantum annealing)은 [[AQC]]와 유사한 방식으로 최적화 문제를 풀기 위해 고안된 기술로 효율적인 실행 시간이 보장되지 않는 AQC의 문제점을 해결하기 위해 열역학적 현상을 이용해 양자 터널링(quantum tunneling) 기술을 이용하여 빠른 시간 안에 많은 상태를 탐색하도록 하는 기술이다. 양자 어닐링의 경우 AQC와 달리 범용성을 보장하지 않기 때문에 실제 특정 최적화 문제를 풀기 위해서만 사용된다. 캐나다의 D-wave systems는 양자 어닐링을 이용한 [[양자 컴퓨터]]를 상용화한 바 있다<ref name=Dwave>D-wave systems : https://docs.dwavesys.com/docs/latest/c_gs_2.html.</ref>.

양자 어닐링은 양자 터널링 현상을 이용해 AQC에 비해 단열 과정을 구현하기 쉽고 빠르게 작동하도록 만든다는 특징이 있다. 단열 정리의 조건을 만족시키기 위해서는 상태 공간의 변화 속도를 충분히 느리게 해야 하는데, AQC의 문제점은 현실적으로 이러한 조건을 만족시키는 것이 매우 어렵고 계산 시간이 느리다는 것에 있다. 빠르게 변화하는 상태 공간에 대해서는 해밀토니안의 고유 상태가 이를 쫓아가지 못하게 되고, 이에 따라 변화하는 시스템에서의 에너지 준위는 달라지게 된다. 쉽게 말해, 단열 과정에서 바닥 상태가 더 이상 유지되지 못하게 되어 오랜 시간이 지나도 전역적 해와 일치하지 않게 될 확률이 증가하는 것이다. 현실적으로 AQC는 구현하기 어려우며 여러가지 제약으로 인해 단열 과정에서 고유 상태가 극소(local minimum)에 머무르게 되는 현상이 발생할 수 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 양자 어닐링은 수직 방향 장(transverse field)를 가하여 양자 터널링(quantum tunneling) 현상을 발생시켜 극소에서 벗어날 수 있도록 한다. 양자 터널링 현상은 임의성을 지니고, 결정적이지 않으므로 최종 결과값의 최적성을 보장할 수 없는 휴리스틱(heuristic) 기술이다. 대신 양자 어닐러는 다수의 시뮬레이션을 실행하여 전역해에 가까운 값을 찾도록 시도한다. 양자 어닐러의 성능에 관해서는 논란이 있지만 현재 시점에서는 [[양자 이점]]이 없는 것으로 결론이 모아지고 있다<ref name=Ronnow>T. F. RØNNOW ''et al.'', Defining and detecting quantum speedup, Science <b>345</b>, 420 (2014). doi:[https://doi.org/10.1126/science.1252319 10.1126/science.1252319].</ref>.

양자 교대 연산자 가설풀이(quantum alternating operator ansatz)도 AQC에 기반하여 최적화 문제를 푸는 양자 컴퓨팅 기술로 AQC와 달리 초기 해밀토니안과 최종 해밀토니안을 교대로 적용하는 방식으로 작동한다. 본질적으로 임의성을 지니는 양자 어닐링에서와 달리 양자 교대 연산자 가설풀이의 경우 교대(alternation) 적용 횟수를 늘릴수록 최적해를 찾을 확률을 높일 수 있다. 양자 교대 연산자 가설풀이는 이론적으로 완벽하지만 현실에서 구현하기 어려운 AQC와 현실에서 잘 동작하지만 최적해를 찾기 어려운 QA의 절충된 형태로 볼 수 있다<ref name=Hadfield>S. Hadfield ''et al.'', From the quantum approximate optimization algorithm to a quantum alternating operator ansatz, [https://arxiv.org/abs/1709.03489 arXiv:1709.03489] (2017). 
</ref>.

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[[File:기술백서 전체수정_21.jpg|center|thumb|400px|양자 터널링 현상의 그래프 표현. 참고문헌 <ref>https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_annealing</ref>의 그림을 재구성함.
]]
</blockquote>

[[분류:단열 양자컴퓨팅 | ]]

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