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양자 컴퓨터를 만들 하드웨어적 이유, 소프트웨어적 이유에 대해 공부해보았습니다. 좀 더 본질적인, 양자 컴퓨터란 무엇일까요?

Double Slit Experiment

역시 양자에 관련한 얘기를 할 때는 double slit experiment 얘기를 할 수밖에 없습니다.
Photon 입자가 파동의 결과를 나타낸 유명한 실험이죠. 이 실험 세팅을 살짝 바꿔서, photon이 벽에서 상이 맻히는 게 아니라 두 slit 중 아래 slit에 슈뢰딩거의 고양이가 있다고 생각합시다.

이렇게요. 만약 photon이 아래 slit으로 온다면 고양이는 photon을 볼 것입니다. Photon이 위로 갔다면 고양이는 그대로 있겠죠? 고양이라는 observer에게 있어서, Photon의 wavefunction은 collapse하고 고양이는 그 photon의 위치를 특정할 수 있을 겁니다.

그렇다면 black box 밖의 observer한테는 어떨까요? Black Box를 열기 전까지는 photon의 2 state가 superposed 돼있을겁니다. 그리고 거기에 엃힌 고양이도요!

아무것도 모르는 고양이와 photon을 봐서 놀란 고양이가 중첩되어있습니다. 저 BlackBox를 보는 우리까지도 포함된 isolated system를 system 밖에서 보면 우리도 superposed돼 있습니다.

여기서 궁금한 점이 있습니다. Photon은 서로의 존재를 알고, interfere해서 맨 위처럼 diffraction 패턴을 만들었습니다. 왜 고양이나 우리는 superposition 상태에 있는 다른 우리를 보지 못할까요?

우리나 고양이같이 커다란 macroscopic object는 많은 particle로 이루어져 있습니다. 이렇게 많은 particled은 wave같은 행동을 하지 않고 그저 particle 처럼 작용하기에, superposition 상태의 counterpart와 상호작용을 하지 않습니다. 그러나 그런 macroscopic object여도, 어떤 것과도 상호작용하지 않으면 우리도 wavefunction입니다(물론 우리 몸의 원소가 우리 몸의 다른 원소와 상호작용하지 않으면 끔찍한 일이 벌어지겠죠.)

High Everett의 Many World Interpretation에서는 이러한 모든 superposition이 실존합니다. David Deutsch가 제안한 quantum computer의 수학적 모델은, isolated 된 system의 모든 branch를 한번에 읽는 것입니다. 여러 possible states(branch)에서 실제로 compute된 결과를 measurement가 전부 읽어내는 방식입니다.