큐비트 — 보기 전까지는 둘 다
켜짐도 꺼짐도 아닌 스위치
이진법 놀이판의 스위치는 켜짐 아니면 꺼짐이었습니다. 이 판의 스위치는 기울어집니다. 판 네 개를 순서대로 따라 하면, 양자컴퓨터가 어떻게 답을 찾는지 마지막 판에서 직접 해보게 됩니다.
판 1 · 큐비트는 기울어진다
왼쪽 전구는 누르면 바뀌어요. 오른쪽 큐비트는 바늘을 손가락으로 돌려 기울여요. 가운데쯤 두고 한 번 보기를 여러 번, 그다음 100번 보기를 눌러 보세요.
보통 스위치 (비트)
큐비트
꺼짐켜짐꺼짐 100% · 켜짐 0%
여기에 방금 한 일의 뜻이 나옵니다.
알게 되는 것 — 비트는 답 하나를 갖고 있습니다. 큐비트는 답이 나올 가능성을 갖고 있습니다. 그런데 한 번 보면 언제나 켜짐 아니면 꺼짐, 하나만 나옵니다. 기울기는 여러 번 봐야 드러납니다.
판 2 · 반 돌리기 두 번
왼쪽 동전은 두 번 뒤집고, 오른쪽 큐비트는 반 돌리기를 두 번 눌러 보세요. 동전은 반반으로 남는데, 큐비트는 처음으로 돌아와요.
동전 (비교용)
앞면뒤집기 횟수 0 · 앞면 확률 100%
큐비트
막대는 가능성의 크기와 방향입니다. 오른쪽이 +, 왼쪽이 −.
꺼짐 100% · 켜짐 0%
여기에 방금 한 일의 뜻이 나옵니다.
알게 되는 것 — 동전은 몇 번 뒤집어도 반반입니다. 큐비트는 두 번 돌리면 처음으로 돌아옵니다. 가능성에 방향이 있어서, 켜짐 쪽으로 오던 두 가능성이 +와 −로 만나 서로 지워졌기 때문입니다. 이 '지우기'가 양자컴퓨터의 무기입니다. 판 4에서 씁니다.
판 3 · 둘을 묶으면
따로따로 반반 뒤 100번 보기, 그다음 묶기 뒤 다시 100번 보기. 네 칸이 어떻게 달라지는지 보세요.
아직 준비 안 됨
여기에 방금 한 일의 뜻이 나옵니다.
묶은 큐비트가 많아지면
큐비트 8개 → 한 상태에 담기는 가능성 256가지
알게 되는 것 — 묶으면 하나를 보는 순간 다른 하나가 정해집니다. 아무리 멀어도요. 그리고 비트 8개는 256가지 중 하나를 담지만, 묶인 큐비트 8개는 256가지 가능성을 한꺼번에 담습니다. 그래서 큐비트가 몇백 개만 되어도 보통 컴퓨터는 흉내조차 못 냅니다.
판 4 · 그래서 양자컴퓨터는 뭘 하나
상자 네 개 중 하나에만 보물이 있습니다. 어느 상자인지는 모릅니다. 상자를 열어 보는 것만 할 수 있습니다.
상자 네 개 중 하나에만 보물이 있어요. 왼쪽은 하나씩 열어 보고, 오른쪽은 ①부터 ④까지 차례로 눌러 보세요.
보통 컴퓨터
상자를 하나씩 열어서 확인합니다.
연 상자 0개
양자컴퓨터
네 상자를 큐비트 두 개에 가능성으로 펼칩니다.
아직 시작 전
여기에 방금 한 일의 뜻이 나옵니다.
알게 되는 것 — ②에서 표시를 해도 네 상자의 확률은 똑같이 25%였습니다. 표시는 방향만 바꿉니다. 그 상태로 보면 아무 상자나 나옵니다. ③에서 뒤집으면 방향이 다른 보물 상자만 커지고 나머지는 지워집니다. 그래서 딱 한 번 봐도 보물이 나옵니다. 양자컴퓨터는 답을 다 아는 기계가 아니라, 틀린 답을 지우는 기계입니다.
기울어진 스위치 뒤에 있는 이야기
여기서 손으로 해본 것들이 글로 정리되어 있습니다.
공학 자료실로 →비트는 답을 저장하고, 큐비트는 답의 가능성을 저장합니다. 그 가능성에는 방향이 있어 서로 지워질 수 있고, 여럿을 묶으면 한 상태에 2의 거듭제곱 가지가 담깁니다. 양자컴퓨터는 이 두 가지를 써서, 틀린 답의 가능성끼리 지워지고 맞는 답만 남게 계산을 짜는 기계입니다.