하이브리드 아키텍처 구축부터 복잡한 기본 문제 해결까지, 양자물리학자 마우로 파테르노스트로 양자 기술 환경에서 제공되는 엄청난 잠재력을 간략하게 설명합니다.
우리는 학계와 업계의 연구자들이 모두 양자 컴퓨팅 경쟁에서 “승리”하기 위해 경쟁하는 양자 르네상스의 한가운데에 있습니다. 크고 작은 수많은 기업이 전 세계적으로 막대한 정부 자금 지원을 받아 이 기술에 투자하면서 양자 시장은 호황을 누리고 있습니다.
팔레르모 대학과 벨파스트 퀸스 대학의 양자물리학자 마우로 파테르노스트로(Mauro Paternostro), 양자 정보 처리 및 양자 기술 분야의 전문가입니다. 이 주제의 기초를 연구하면서 그의 팀은 공동 광역학, 양자 통신 및 그 이상 분야에서 선구적인 연구를 수행하고 있습니다. 그는 또한 IOP 출판 저널의 편집장이기도 합니다. 양자 과학 및 기술.
이 광범위한 인터뷰에서 Paternostro는 양자 기술과 하이브리드 아키텍처의 "네 가지 기둥"부터 양자 기술과 인공 지능(AI) 간의 유망한 결합에 이르기까지 양자 환경에 대한 자신의 견해에 대해 Tushna Commissariat와 이야기합니다. Paternostro는 또한 세상을 변화시키는 이 기술의 진정한 잠재력을 실현하기 위해서는 지속적인 정부 자금 지원의 필요성을 강조합니다.
우리는 지난 10년 동안 양자 거품이 터지는 것을 보아왔습니다. 그러나 전 세계적으로 양자 기술 기업과 자금이 기하급수적으로 확장되는 데 따른 잠재적 이점과 위험은 무엇입니까?
전반적으로 그림은 매우 긍정적입니다. 기업이 현장에 필요한 보다 실용적인 개발을 추진할 수 있기 때문에 양자 정보 처리에는 업계의 지원이 필요했습니다. 업계가 제공하는 관점은 전반적인 목표와 관련하여 양자 기술을 보다 집중적으로 형성하는 데 도움이 됩니다. 업계에서든 학계에서든 새롭게 떠오르고 폭발하는 시장은 훌륭합니다.
그러나 당신이 지적한 것처럼 빠른 성장이있었습니다. 그리고 그것은 대부분 좋은 일이지만, 조만간 터질 큰 거품을 만들 수 있다는 약간의 걱정도 있습니다. 그래서 저는 이것이 통제의 문제라고 생각합니다. 우리는 연구 영역이 유기적으로 성장할 수 있도록 허용하면서 어느 정도 자제할 필요가 있습니다.
나는 모두 자체 양자 소프트웨어를 개발하고 있는 것처럼 보이는 소규모 회사의 수가 약간 우려됩니다. 그들의 제품은 실제 양자 알고리즘과 거의 관련이 없으며 일반적으로 고유한 장점이 있는 고전적인 최적화 솔루션입니다. 그러나 그것이 반드시 내가 양자 프레임워크라고 부르는 것은 아닙니다.
반면, 일부 분사 회사는 양자 센서와 같은 양자 처리 플랫폼 구현에 더 중점을 두고 있습니다. 이는 양자 계산뿐만 아니라 다른 물리적 법칙도 적용되므로 매우 흥미롭습니다.
양자 기술의 발전을 뒷받침하는 네 가지 기둥이 있습니다: 양자 컴퓨팅; 양자 시뮬레이션; 양자통신; 양자 감지 및 계측. 그리고 네 명 모두 매우 건강한 방식으로 성장하고 있다고 말씀드리고 싶습니다.
양자 감지는 활용할 수 있는 기술의 성숙도 덕분에 통신과 함께 가장 발전된 기술 중 하나인 것 같습니다. 업계의 참여가 유익하고 유망한 반면, 우리는 충분한 비용을 지불하지 않은 채 빠른 버스에 올라타려는 데서 비롯되는 터무니없는 추측과 "인플레이션"을 경계해야 합니다.
저는 종종 소규모 기업에 대해 회의적이지만 때로는 대기업으로부터 우려스러운 소식을 접하기도 합니다. 예를 들어 중국 기술 기업 알리바바(Alibaba)는 양자컴퓨팅 플랫폼과 솔루션 개발에 관심을 갖고 있다가 작년 말 갑자기 사내 양자팀을 폐쇄하기로 결정하면서 AI 연구 분야의 리더가 되는 데 집중하겠다고 밝혔습니다.
이것은 단순히 사업적 결정이었나요? 아니면 알리바바가 우리가 아직 맡아보지 못한 냄새를 맡고 있는 걸까요? 나는 우리가 기다려야 할 것 같아요. 전반적으로 미래는 밝으며 업계의 참여는 매우 좋은 소식이라고 생각합니다.
갇힌 이온과 양자점부터 초전도 및 광자 큐비트에 이르기까지 최고의 자리를 놓고 경쟁하는 다양한 양자 컴퓨팅 기술이 있습니다. 어느 쪽이 성공할 가능성이 가장 높다고 생각하시나요?
저는 우리가 만드는 최초의 양자 장치가 완전한 양자 장치가 될 것이라고 믿지 않는다는 점에서 일종의 불가지론자입니다. 나는 이것이 논란의 여지가 있는 견해라는 것을 알고 있지만 내 분야의 많은 다른 사람들이 공유하는 의견입니다. 내 생각에 우리가 결국 얻게 될 것은 하이브리드 아키텍처입니다. 고성능 컴퓨팅 (HPC) 양자 컴퓨팅 아키텍처와 인터페이스합니다.
아마도 이것들 시끄러운 중간 규모 양자(NISQ) 아키텍처는 성능을 향상시키는 본격적인 HPC 아키텍처와 결합되거나 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 이러한 종류의 하이브리드 장치가 제공하는 양자 리소스는 현재의 기존 HPC가 생성할 수 있는 성능을 향상시킬 것입니다. 저는 그러한 종류의 하이브리드 아키텍처의 실현 가능성을 굳게 믿습니다. 완전한 양자 솔루션은 현재 우리가 있는 곳과는 아직 멀었습니다.
또한 양자 컴퓨터가 제공할 수 있는 계산 능력의 격차를 최대한 활용하는 데 필요한 막대한 리소스를 관리할 수 있는 능력을 갖게 될 것이라고 완전히 확신하지 못합니다. 이 하이브리드 HPC 양자 아키텍처를 목표로 하는 중기 목표는 훨씬 더 현실적이고 잠재적으로 매우 유익한 아키텍처가 될 것입니다. 나는 내 인생에 어떤 일이 일어날 것이라고 약간 낙관합니다.
의료, 건설, 중력 측정 등 다양한 응용 분야를 위해 양자 센서가 이미 개발되고 있다고 말씀하셨습니다. 해당 분야에서 새롭고 흥미로운 점은 무엇입니까?
양자 센서는 지금까지 파악하기 어려운 메커니즘을 조사하는 놀라운 기능을 개발하고 있습니다. 본질적으로 이러한 센서는 영국의 많은 연구자들이 관심을 갖고 있는 중력과 같은 힘의 잠재적인 양자 효과를 더 잘 감지하는 데 도움이 됩니다. 실험 커뮤니티의 상당 부분이 이러한 목표를 추구하고 있으며, 버밍엄 대학교의 양자 허브가 이 분야를 선도하고 있습니다.
추구해야 할 성공적인 실험 플랫폼이 있다고 주장하는 사람은 아무도 없을 것입니다. 저온 원자와 광기계학 모두 그 점에서 가장 유망한 플랫폼 중 하나입니다. 그러나 이 분야가 달성한 이론적, 실험적 진전은 매우 흥미롭습니다.
파악하기 어려운 물리적 메커니즘의 기본 특성을 조사할 수 있는 센서가 핵심 개발이 될 것이라고 믿습니다. 그리고 이미 꽤 잘 확립된 가속도계나 이미저와 같은 다른 감지 장치도 있습니다. 그만큼 영국의 국가 양자 기술 프로그램 그 점에서 이미 상당한 발전을 이루었으며, 기술은 실제적인 영향을 미칠 만큼 충분히 이용 가능하고 성숙해졌습니다.
이 단계에서는 통신과 함께 감지가 양자 기술 구현의 최전선에 있기 때문에 업계는 이 분야에 막대한 투자를 해야 한다고 생각합니다.
양자 시장을 위한 현장 설정: 양자 비즈니스의 현재 위치와 전개 방식
그리고 양자 통신은 어떻습니까?
양자 커뮤니케이션은 아마도 업계 주도 목표의 이익을 위해 학문적 발전이 이루어졌던 가장 구체적인 예일 것입니다. 이는 이 두 구성 요소가 함께 작동할 때 우리가 달성할 수 있는 결과를 보여주는 아주 훌륭한 예입니다.
진전은 환상적이었지만 특히 글로벌 양자 네트워크의 더 큰 지정학적 영향을 고려할 때 논란의 여지가 있는 측면도 있습니다. 통신 및 데이터 보안 문제가 중요해질 것이므로 우리는 이러한 기술 발전이 미치는 광범위한 영향을 신중하게 고려해야 합니다. 지정학적 경계는 지속적으로 변화하고 있으며, 그 목표가 항상 과학적 목표와 일치하는 것은 아닙니다.
AI와 양자 기술이 교차하는 주요 영역은 무엇입니까? 어디에서 서로를 가장 잘 도울 수 있으며, 잠재적인 문제는 무엇입니까?
이것은 매우 중요한 질문입니다. 말할 필요도 없이 두 영역의 성배는 매우 가깝습니다. AI와 양자 계산 모두 새로운 알고리즘 개발을 기반으로 합니다. 사람들이 양자 기계 학습(ML) 또는 양자 AI에 대해 이야기하는 것을 듣겠지만 실제로는 그것이 의미하는 바가 아닙니다. AI 또는 ML 문제를 위해 특별히 설계된 양자 알고리즘을 언급하는 것이 아닙니다. 이것이 의미하는 바는 고전적인 기계 학습이나 고전적인 AI와 양자 문제의 하이브리드화입니다.
이러한 솔루션은 우리가 해결하려는 분야와 문제에 따라 달라집니다. 그러나 일반적으로 우리는 데이터 세트를 처리하기 위한 고전적인 기술을 살펴보고 있습니다. 문제 최적화; 비용 함수 해결; 양자 문제를 제어, 최적화 및 조작합니다.
두 세계의 장점을 결합하고 있기 때문에 매우 유망합니다. 이론적 관점에서 볼 때 목표는 해결해야 할 일반적인 양자 역학 수준의 문제와 아마도 규모 측면에서 더 크고 복잡한 문제를 해결하는 것입니다. 우리는 인증 가능하고 통합된 방식으로 이러한 문제의 복잡성에 대처할 수 있는 알고리즘 수준의 도구를 구축하고자 합니다.
그리고 흥미로운 점은 실험이 이론적 발전을 따라잡기 시작했다는 것입니다. 우리는 ML과 양자 정보 처리가 함께 이루어지는 하이브리드 시나리오에서 개발된 다양한 솔루션, 접근 방식 및 방법론을 이미 보유하고 있습니다.
앞으로 몇 년 안에 이러한 실험이 완전히 조사되어 AI와 양자 버블이 터져도 따라잡지 않기를 바랍니다. AI는 계속 유지되고 ML은 이제 전 세계 데이터 분석가가 사용하는 필수 도구이기 때문에 그럴지는 의문입니다. 우리가 해결할 수 있고 해결해야 하는 문제의 복잡성을 확대하려는 야망이 있다면 이러한 도구를 개발하는 데 집중해야 합니다.
이 분야에서는 어떤 새로운 계획이 진행되고 있나요?
올해 초, 영국 연구 및 혁신 (UKRI) 헬스케어부터 에너지까지 복잡한 문제를 해결하기 위해 '혁명적인 AI 기술 제공'을 위한 10개의 새로운 연구 허브와 '책임 있는 AI'를 정의하는 XNUMX개의 기타 연구에 자금을 지원한다고 발표했습니다. 저는 이들 중 다수가 양자 구성요소를 가지고 있다는 것을 알고 있습니다. 특히 AI 기반 솔루션이 절대적으로 기본인 의료 분야에서는 양자 솔루션도 있을 수 있습니다.
그래서 저는 AI 프레임워크의 개발이 규제되는 한 AI와 양자 기술의 합병에 관해 매우 낙관적입니다. 바로 지금, 유럽연합 집행위원회는 AI법에 대한 법적 틀을 마련하고 있습니다.에서는 AI가 초래할 수 있는 위험과 EU가 기술 규제에서 수행하기를 희망하는 글로벌 역할을 다룰 것입니다. 영국과 미국 모두 이미 한동안 유사한 프레임워크를 개발해 왔기 때문에 조만간 글로벌 정책과 규정을 마련해야 합니다.
이 개발이 견고한 프레임워크를 갖춘 규제된 정책을 따르는 한, AI와 양자 기술의 상호 작용은 두 분야 모두 크게 성장하는 데 도움이 되는 유용한 양방향 피드백 메커니즘을 생성해야 합니다.
전 세계 정부의 양자 기술 자금 지원과 관련하여, 어떤 특정 영역에 추가 투자를 원하십니까?
내 보조금! 그러나 더 심각한 점은 정부 차원의 투자가 본질적으로 여전히 신흥 과학 분야에 광범위하고 상당하다는 것입니다. 군사 연구나 의학 연구 등 과학 자금을 지원받는 다른 분야와 비교할 때, 그 금액은 거의 우스꽝스럽습니다. 그러나 이는 물론 우리에게는 매우 좋은 일입니다. 이러한 종류의 정부 지출의 이점은 우리가 커뮤니티를 형성하고 공동 목표를 세우도록 강요한다는 것입니다.
앞서 언급한 네 가지 기둥을 참조하면 기초 물리학과 이론 발전의 근본적인 연결이 있습니다. 여러 국가에서는 전문 지식과 자원에 따라 집중할 하나 이상의 기둥을 선택했습니다. 미국은 계산에 매우 중점을 두고 있습니다. 유럽연합(EU)은 더 광범위하고 상황이 더 복잡하지만 통신에 대한 대규모 투자와 시뮬레이션에 대한 관심이 증가하고 있으며 다수의 유럽연합 국가 전략도 감지에 중점을 두고 있습니다.
영국도 전체 스펙트럼을 포괄하려고 노력하고 있지만 이미징에서 계산, 통신에서 감지에 이르기까지 매우 잘 정의된 몇 가지 주제를 식별하고 있습니다. 이미 대규모 시설을 이용할 수 있기 때문에 더욱 실험적인 접근 방식을 취하고 초전도 아키텍처에 중점을 두는 핀란드와 같은 국가가 있습니다. 반면 싱가포르는 위성 기반 양자 통신 분야에서 매우 강력한 연구 라인을 개발하고 있습니다. 작은 나라의 경우 재능과 자원 측면에서 엄청난 잠재력을 가지고 있습니다.
그래서 여러 나라에서는 유기적인 방식으로 자신만의 전문 분야를 발전시켜 왔습니다. 그렇게 함으로써 우리 모두는 커뮤니티로서 승리하고 있으며, 지금까지 이루어진 모든 발전으로부터 혜택을 누리고 있습니다. 약간의 초기 단계, 좀 더 점진적인 단계, 엄청난 비약적인 도약이 있습니다.
저는 국가 및 초국가적 정부가 양자 기술에 대한 투자가 지속되어야 한다는 점을 인식하는 것이 정말 중요하다고 생각합니다. 이는 높은 목표를 달성하기 위해 지속적이고 중단 없는 지원이 필요한 영역입니다. 그리고 과학계로서 우리는 어떤 차이가 있더라도 동일한 목표를 가지고 일관된 그림을 제시해야 합니다. 그래야만 양자 기술을 삶을 변화시키는 현실로 전환할 수 있는 가장 좋은 위치에 있게 될 것입니다.
새로운 편집장으로서 양자 과학 및 기술 (QST), 저널에 대한 당신의 비전은 무엇입니까?
이는 큰 영광이고 정말 기쁘지만, 양자 관련 저널의 발전하는 환경을 고려할 때 이는 큰 노력이기도 합니다. 제가 저널에 원하는 것은 QST가 최고 수준의 기고물 제출을 위해 선호되는 경로 중 하나로 남아 있는지 확인하는 것입니다. 하지만 나는 또한 저널의 선언문과 목표를 형성하는 데 도움을 주고 싶습니다.
따라서 편집장으로서 나의 최우선 순위는 편집위원회의 지원과 함께 저널의 범위와 사명을 명확한 방식으로 형성할 집행위원회를 구성하는 것이었습니다. 그리고 이는 양자 연구 커뮤니티의 안내에 따라 향후 몇 년 동안 저널이 발전할 방식을 알려줄 것입니다. 범위 측면에서 양자 기술 구현의 한계를 뛰어넘는 더 높은 품질의 실험적 업데이트를 보고 싶습니다.
IOP 출판은 변혁적 합의 (TA) 오픈 액세스 출판 측면에서 귀하의 기관과 협력하십시오. 그것에 대해 말해 줄 수 있나요?
나는 우리의 결과물 출판에 관한 한 판도를 바꾸는 합의라고 생각합니다. 연구 위원회는 예를 들어 EPSRC(공학 및 물리 과학 연구 위원회)의 보조금 지원을 받는 결과물에 대해 엄격한 기준을 적용하고 해당 결과물에 완전히 접근할 수 있어야 하며 데이터를 커뮤니티에서 완전히 사용할 수 있어야 한다는 점을 고려하여, 오픈 액세스를 보장하는 TA를 갖는 것이 우리에게 필요한 것입니다. IOP Publishing이 EPSRC 호환 출력을 게시할 수 있는 실행 가능한 방법이라는 점을 확신하게 되어 기쁩니다.
자금 규정 준수 외에도 IOPP 계약은 논문 출판 비용(APC)에 대한 청구서를 처리하는 행정적 부담을 제거하여 과학자들에게 큰 안도감을 줍니다. 저는 다른 출판사와 유사한 계약을 체결하여 이니셔티브를 확대하는 것을 옹호해 왔지만 이것이 내년쯤에 사라지는 일회성 실험이 아니라는 점도 확인했습니다. 우리는 영국뿐만 아니라 제가 아는 한 유럽 전역의 기관들이 참여하는 방식을 체계화해야 합니다. 고등 교육 기관과 연구 기관이 운영되는 방식으로 처음부터 캡슐화되어야 합니다. 출판사와 대학, 연구소 간 시너지 효과가 있는지 확인하는 것이 중요합니다.
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- 출처: https://physicsworld.com/a/mauro-paternostro-a-vision-of-the-quantum-landscape/
