· 이 책에서 다루는 내용 ·

· IBM 퀀텀 플랫폼의 주요 기능 익히기
· 양자 게이트와 양자 회로를 만들고 시각화하기
· IBM 퀀텀 컴포저로 큐비트에 양자 게이트 적용하기
· IBM 퀀텀 컴퓨터에서 양자 회로를 설정하고 실행하기
· Qiskit 런타임 등 Qiskit의 다양한 기능 알아보기
· 입문에 필요한 기본 양자 알고리즘과 오류 완화 기법 이해하기
· 양자 유용성의 새로운 시대를 이해하고, 이것이 어떻게 양자 우위에 한 걸음 더 다가가게 하는지 알아보기

· 이 책의 대상 독자 ·

양자 컴퓨팅에 대해 배우고 Qiskit을 이용해 고전적으로 해결하기 어려운 문제를 해결하는 능력을 성장시키고자 하는 파이썬 개발자를 대상으로 한다. 컴퓨터 과학과 파이썬에 대한 배경지식이 필요하다. 물리학과 선형대수학에 대한 기초 지식이 있으면 좋지만, 꼭 필요한 것은 아니다.

· 지은이의 말 ·

IBM이 2016년 클라우드에서 최초의 상용 양자 시스템을 무료로 공개한 이후 수많은 연구자와 개발자, 교수진, 학생 및 양자 애호가들이 실제 양자 컴퓨터에서 실험을 수행해왔다. 이후 학계와 산업계 모두 양자 컴퓨팅이 지닌 잠재력을 탐구하기 위해 시간과 인력을 투자했다. 양자에 대한 여정의 첫걸음은 학습이며, 독자들이 이 책을 구입한 이유도 바로 그 때문이라고 생각한다. 이 책에서는 양자 컴퓨팅의 기본 원리를 배우고 이를 활용하는 양자 알고리듬을 만들고 IBM의 강력한 양자 컴퓨터에서 실행하는 방법을 배운다.

이 책은 IBM 퀀텀 플랫폼을 활용한 양자 컴퓨팅에 대한 단계별 입문 가이드다. 독자는 양자 프로그램을 직접 구축하는 방법을 익히며, 산업이나 업무 분야에서 초기 활용 사례를 발견하고 양자 컴퓨팅 기술을 습득할 수 있다.

이 책은 양자 컴퓨팅과 고전 컴퓨팅의 원리 차이를 보여주는 간단한 프로그램에서 출발해, 점차 고급 양자 컴퓨팅 알고리듬과 이를 활용한 복잡한 프로그램으로 나아간다.

우리가 탐구할 양자 컴퓨팅의 원리는 중첩, 얽힘, 간섭이다. 이후 이러한 원리가 양자 회로를 만드는 데 어떻게 활용되는지 학습하며, 이를 IBM 퀀텀 시스템에서 실행할 수 있다.

그후 양자 게이트와 큐비트에 대한 작동 방식을 배우고, 양자 정보 과학 키트(QISKIT)(사람에 따라 키스-킷(KISS-kit)으로 발음함)와 라이브러리 회로 및 고급 기능을 활용한다. 이는 양자 알고리듬을 구축하는 데 유용하다.

또한 도이치-조사, 사이먼, 그로버, 쇼 알고리듬과 같은 양자 알고리듬을 탐구하게 되며, 양자 회로를 생성하고 IBM 퀀텀 플랫폼에서 호스팅하는 양자 컴퓨터를 통해 해당 알고리듬을 실행하는 방법을 시각화한다.

이후 Qiskit 런타임에 대해 배우면서 양자 하드웨어에서 양자 회로를 실행하는 방법에 대한 기본 사항을 학습한다. Qiskit 런타임은 양자 회로를 최적화하는 데 유용한 다양한 기능을 지원한다.

이 책을 마치고 나면 스스로 양자 프로그램을 구축하는 방법을 배워, 산업이나 업무에 적용할 수 있는 실용적인 양자 컴퓨팅 기술을 습득할 수 있을 것이다.

· 옮긴이의 말 ·

인류 문명에서 연산 장치의 발명은 기술의 기하급수적인 발전을 이끌어왔다. 파스칼의 계산기부터 토미 플라워스와 그의 동료들이 개발한 콜로서스(Colossus), 그리고 폰 노이만이 체계화한 현대 컴퓨터에 이르기까지 연산 장치는 거듭 진화하며 그 가능성을 넓혀왔다. 그 결과 숫자를 처리할 수 있는 능력이 인류가 기본적으로 갖고 있는 지능을 뛰어넘는 도구가 됐다. 그럼에도 불구하고 비트를 기반으로 하는 이진수 체계의 컴퓨터가 지닌 한계가 있었다. 이를 극복하기 위한 노력의 결과물로 양자역학을 도입한 컴퓨팅 체계가 정립돼 가고 있다.

양자 컴퓨팅의 이론적 발전과 더불어 1994년 쇼어 알고리듬(Shor’s algorithm)이 발표됐다. 이 알고리듬으로 인해 현대 보안 체계의 근간이 되는 인수분해 문제와 이산대수 문제를 효율적으로 해결할 수 있음이 증명되면서 폭발적인 관심을 얻게 됐다. 또한 양자 컴퓨터를 실제로 구현하기 위한 물리적인 제약 사항들을 차근차근 극복해가면서, 이제는 실질적으로 결과를 낼 수 있는 단계에 들어서고 있다.

IBM은 양자 컴퓨터를 학습하려는 연구자들에게 자사의 양자 컴퓨팅 시스템을 공개해 다양한 방식으로 활용하도록 지원하고 있다. 고전 컴퓨터로 양자 컴퓨터를 시뮬레이션하는 환경과 실제 양자 하드웨어를 이용하는 백엔드를 모두 제공해, 연구자들이 각자의 환경에 적합한 방식으로 양자 컴퓨터를 경험해 볼 수 있게 했다.

이 책은 개발자와 연구자가 IBM 퀀텀 플랫폼을 가장 빠르게 탐색해 볼 수 있도록 안내하는 길라잡이다. 양자역학의 어려운 이론적 기초가 없어도, 회로와 파이썬 코드, 실행 결과를 눈으로 확인할 수 있는 다양한 인터페이스를 통해 양자 알고리듬이 어떻게 구현되고 실행되는지 직접 살펴볼 수 있다.

이와 함께 도이치-조사 알고리듬, 그로버 알고리듬처럼 양자 컴퓨터에서 놀라운 효율을 보이는 예제를 통해, 연구자들은 양자 컴퓨터의 위력을 체감할 수 있다. 또한 수많은 공학자가 골머리를 앓으면서도 만능 해결사처럼 쓰는 푸리에 변환을 양자 컴퓨터에서 어떻게 구현하는지도 보여준다.

얼핏 보면 무시무시한 용어들로 용어로 가득하지만, 책을 읽으며 IBM 퀀텀 플랫폼이 지원하는 간단한 코드들을 따라 해보면 시중의 어떤 책보다 양자 컴퓨터를 쉽고 빠르게 체험할 수 있으리라 믿어 의심치 않는다.