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양자 컴퓨터 프로그래밍 : IBM Q Experience로 하는 양자 컴퓨터 프로그래밍
블라디미르 실바, 이정문 ㅣ 에이콘출판 ㅣ Practical Quantum Computing for Developers
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35,000원
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  • 발행일
2019년 09월 16일
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400page/189*235*29/936g
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9791161753393/1161753397
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  • 상세정보
  • 새로운 분야인 양자 컴퓨팅에서 프로그램을 작성하는 방법을 설명하는 책이다. 우선, 양자 역학이 우리의 직관과 어떻게 다르게 동작하는지 주요 개념을 소개한 후, 양자 컴퓨터의 특징인 큐빗, 얽힘, 논리 게이트 등을 설명한다. 그리고 QISKit, 파이썬 SDK, QASM를 사용해서 IBM의 Q Experience 클라우드 양자 플랫폼에서 프로그램을 작성하고 실행하는 방법을 안내한다. 그로버와 쇼어 알고리즘, 양자 컴퓨터의 킬러 애플리케이션 후보인 양자 순간이동에 대한 설명도 빼놓지 않는다.
  • ★ 이 책에서 다루는 내용 ★ ■ IBM Q Experience를 사용해 프로그램과 실험을 시각적으로 작성해서 클라우드상의 양자 시뮬레이터 및 실제 양자 장치에 제출하는 방법 ■ IBM Q Experience의 REST API를 사용해 프로그램을 원격으로 실행하는 방법 ■ 고전 컴퓨터보다 성능이 우수한 알고리즘을 작성하는 방법 ■ 인증, 원격 장치 열거, 양자 프로세서에 관한 정보 조회 ■ 클라우드에서 원격으로 실험을 열거 및 실행할 수 있는 Node.js REST 클라이언트를 구축하는 방법 ■ 양자 숫자 생성기 작성 ■ 양자 순간 이동의 발견 ■ 고전적인 전함 게임의 양자 버전을 예제로 사용해 단일 큐빗 연산의 심화 학습 ■ 위조 동전 문제 ★ 이 책의 구성 ★ 1장, 양자역학의 기이하고 놀라운 세계 모든 것은 1930년대 어쩔 수 없이 천재라고 여겨진 막스 플랑크(Max Planck)로부터 시작됐다. 플랑크는 빛 스펙트럼의 에너지 분포에 대한 새로운 해석을 제시했다. 광자의 에너지는 고전 물리학자들이 믿는 것처럼 연속적인 함수로 기술되는 것이 아니고 플랑크가 양자(quanta)라고 부른 덩어리로 기술된다고 어쩔 수 없이 가정했다. 20세기 과학에서 가장 위대한 혁명, 즉 양자역학을 태동시킨 것이다. 1장은 본격적인 탐구에 들어가기 전의 애피타이저로, 2명의 물리학 거장 알버트 아인슈타인과 닐스 보어 간의 의견 충돌을 소개한다. 1930년대에 양자역학은 혁명적인 이론이었으므로 20세기 최고의 물리학자였던 아인슈타인을 포함해 많은 과학자가 받아들이기를 꺼려했다. 노벨물리학상 수상자이기도 했던 아인슈타인은 양자역학의 확률적 속성을 결코 받아들이지 않았다. 이 때문에 양자역학의 거두였던 닐스 보어와의 관계에 균열이 발생했다. 두 사람은 수십 년에 걸쳐 논쟁을 벌였으며, 끝끝내 의견차를 좁히지 못했다. 양자역학은 70년 동안 이론적, 실험적으로 수많은 도전을 받았으나 항상 논쟁에서 승리했다. 1장을 통해 두 명의 위대한 물리학자 사이의 흥미로운 이야기와 함께 양자역학의 바탕이 된 이론, 실험, 그리고 그 결과를 탐구한다. 2장, 양자 컴퓨팅: 현실의 구조 자체를 바꾼다 1980년대 또 다른 위대한 물리학자 리처드 파인만은 양자역학의 원리를 이용해 문제를 더 빨리 해결할 수 있는 컴퓨터, 즉 양자 컴퓨터를 제안한다. 양자 컴퓨터를 제작하기 위한 경쟁은 이미 시작됐다. 2장에서는 일반적인 용어를 사용해서 양자 컴퓨터의 기본적인 아키텍처, 즉 양자 계산의 기본 단위인 큐빗(qubit)을 탐구한다. 큐빗은 거의 마법과 같은 성질을 갖고 있는데, 바로 중첩(superposition)이다. 놀랍게도 큐빗은 동시에 0과 1, 두 개의 상태를 가질 수 있다. 이 개념은 우리가 살고 있는 거시적 규모에서는 이해하기 어렵다. 하지만 원자 규모에서는 현실 세계의 상식이 통하지 않으며, 이 사실은 70년 이상 실험적으로 입증됐다. 중첩 덕분에 양자 컴퓨터는 비교적 적은 수의 큐빗으로 대규모 계산을 수행해서 고전적인 컴퓨터를 능가할 수 있다. 상식을 뛰어넘는 큐빗의 또 다른 놀라운 성질은 큐빗의 얽힘(entanglement)이다. 얽힘은 알면 알수록 물리 법칙이 아니라 부두교 주술처럼 보이는 현상이다. 서로 얽힌 큐빗을 관찰하는 순간, 시간과 공간의 제약을 넘어서 빛의 속도보다 빠르게 상태 정보가 전송된다! 상식으로는 이해할 수 없는 현상이다. 2장에서는 양자 컴퓨터의 물리적 구성 요소인 양자 게이트와 초전도 루프, 이온 덫, 위상학 끈 등의 다양한 큐빗 설계 원리를 탐구한다. 또한 양자 컴퓨터 개발에 나선 주요 기업들의 현재 상황뿐 아니라 양자 어닐링과 같이 조금 다른 유형의 ...
  • 1장. 양자역학의 기이하고 놀라운 세계 __20세기의 물리학 황금시대 __막스 플랑크와 자외선 파탄이 모든 것의 시작 __보어의 양자 도약 __두 거물의 충돌: 양자 고양이와 불확정성 원리 ____전지전능한 파동 함수 ____ψ의 확률론적 해석: 파동 함수의 원래 의도는 양자역학을 무너뜨리기 위한 것 ____양자 고양이가 보른의 확률론 진영을 무너뜨리려고 시도 ____불확정성 원리 ____간섭과 이중 슬릿 실험 __아인슈타인이 보어에게: 신은 주사위를 던지지 않는다 __보어가 아인슈타인에게: 신이 주사위를 갖고 무엇을 하든 상관하지 말라 __얽힘과 EPR 역설: 도깨비 같은 원격 작용 __벨의 부등식: 얽힘 테스트 __EPR 역설의 패배: 보어가 마지막에 웃다 __우리를 속이고 있는 실재: 모든 것은 서로 연결돼 있다 2장. 양자 컴퓨팅: 현실의 뼈대 자체를 구부리다 __트랜지스터는 물리 법칙과 충돌하고 있다 __5나노 트랜지스터: 커다란 문제 __양자 범위와 트랜지스터의 소멸 ____전자 터널링 ____슬릿 실험 __트랜지스터의 미래 __리처드 파인만과 양자 컴퓨터의 세계로 __큐빗은 이상하고 놀랍다 ____상태의 중첩 ____얽힘: 큐빗 관측이 다른 큐...
  • ★ 옮긴이의 말 ★ 이 책의 기본적인 목적은 IBM이 발표한 클라우드 양자 컴퓨터 플랫폼인 Q Experience에서 프로그램을 작성하는 방법을 설명하는 것입니다. Q Experience를 사용하면 일반인도 양자 컴퓨터의 동작 원리를 따르는 프로그램을 작성하고 실행할 수 있습니다. 실제 양자 컴퓨터는 고가의 장비이므로 사용 횟수에 제한이 있지만, 시뮬레이터는 아무런 제한 없이 사용할 수 있습니다. 양자 컴퓨터의 동작 원리는 우리가 알고 있는 컴퓨터와 매우 다릅니다. 양자 컴퓨터는 양자역학의 원리들을 기반으로 하는데, 양자역학이 말하는 중첩과 얽힘은 우리의 상식으로는 이해하기 어렵습니다. 하지만 양자역학은 미시 세계의 현상을 매우 성공적으로 설명하고 있으며, 이를 활용해 기존 컴퓨터의 한계를 뛰어넘고자 하는 시도가 양자 컴퓨터라고 말할 수 있습니다. 이 책은 본격적으로 Q Experience를 소개하기 전에 양자역학의 역사와 핵심 개념을 설명하는 것으로 시작합니다. 1장은 아인슈타인이 양자역학의 확률적 해석을 끝까지 반대하면서 보어와 대립했던 역사를 흥미 있게 기술하며, 2장은 양자 컴퓨터의 특징인 큐빗의 중첩과 얽힘 원리를 중심으로 최근의 양자 컴퓨터 설계 방안 등을 설명합니다. 3장부터는 Q Experience에서 양자 프로그램을 작성하는 방법을 본격적으로 소개합니다. 화면 구성, 회로 작성, 실험 실행, 파이썬 SDK 설정 등을 설명하고, 이를 바탕으로 난수 생성, 초고밀도 코딩, 양자 순간 이동을 직접 수행합니다. 또한 QISKit 튜토리얼에 포함된 게임을 직접 구현해보고, 양자 알고리즘의 힘을 보여주는 퍼즐도 풀어봅니다. 마지막으로 양자 컴퓨터의 가능성을 이야기할 때 빠지지 않는 그로버의 검색 알고리즘과 쇼어의 소인수 분해 알고리즘을 자세히 다룹니다. 최초의 진공관 컴퓨터가 지금처럼 소형화되기까지 수십 년이 걸렸듯이 양자 컴퓨터를 PC처럼 사용하려면 많은 시간이 걸릴 것입니다. 하지만 거대 IT기업들이 앞다퉈 양자 컴퓨터 개발에 나서고 있으므로, 양자 컴퓨터가 데이터 센터의 서버들을 대체하는 날은 생각보다 빨리 올 수 있습니다. 이를 대비해서 양자 컴퓨터의 개념과 동작 원리를 파악하는 것은 좋은 일이라고 생각합니다.
  • 블라디미르 실바 [저]
  • 이정문 [저]
  • 저자 이정문은 컴퓨터공학을 전공했으며 다수의 원서를 번역했다. 에이콘출판사에서 출간한 『안드로이드 앱 마케팅』(2011), 『데이터 과학으로 접근하는 정보보안』(2016), 『양자 컴퓨터 프로그래밍』(2019) 등을 번역했다.
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