[양자 컴퓨팅과 보안] 양자 게이트

 

양자 게이트 (Quantum gate)

• 양자 컴퓨터의 기본 구성 단위
• 큐빗의 모든 **“가능한 상태”**에 대해 동시 동작
• 중첩 상태 입력 → 확률값 회전 → 또 다른 중첩 상태 출력
• 종류
  • 측정 게이트
  • 아다마르 게이트
  • 스왑(S) rpdlxm
  • X (NOT), Y, Z 게이트
  • 제어 (cX, cY, cZ) 게이트
  • 토폴리 (CCNOT) 게이트
  *c = control

측정 게이트 (관측 게이트)

• 입력 : 중첩 상태의 큐빗
• 출력 : 0 또는 1
• 가장 마지막으로 동작

스왑(S) 게이트

• 2개의 큐빗의 상태를 서로 맞바꿔 출력
• Matrix 곱셈 필요

파울리 X 게이트 (회전 게이트)

• NOT게이트와 같은 역할
• 큐빗을 X축에서 180만큼 회전
• 기준 축에 따라 파울리 Y게이트, 파울리 Z게이트가 된다

• 허수 i : 제곱하면 -1이 되는 수

아다마르(H) 게이트

• 1개의 큐빗에 대해 동작
• 1번 지나면 중첩 상태로 변환
• 2번 지나면 큐빗이 원래 상태로 돌아감

제어 게이트 (cX, cY, cZ | c: control)

• 2개 이상의 큐빗에 대해 동작
• 1개의 큐빗이 다른 1개의 큐빗의 연산을 제어
• 제어 큐빗 / 대상 큐빗
• 제어 큐빗이 |1>일 때, 대상 큐빗에 NOT 연산

토폴리 게이트 (CCNOT)

• 3개의 큐빗에 대해 동작하는 제어 게이트
• 제어 큐빗이 2개, 대상 큐빗 1개
• 제어 큐빗이 둘 다 |1>인 상태면 대상 큐빗에게 파울리X연산 (NOT 연산) 적용
• NOT 게이트와 AND 게이트 역할 수행 가능

아이덴티티 게이트

• 입력 값이 그대로 출력되는 게이트