기존의 컴퓨팅은 컴퓨터가 비트(0 또는 1)를 사용해 데이터를 표현하고 계산을 수행한다. 각 순간에 각 비트는 0 또는 1 두 상태 중 하나의 값으로 표현된다. 그러나 양자 컴퓨터는 기본 계산 단위인 큐비트는 0과 1 상태를 동시에 겹쳐서 존재할 수 있다.

이를 이용해 기존의 직렬 연산이 아닌 각 값에 대해 병렬 연산을 하므로 빠른 컴퓨팅이 가능하다. 특히, 특히 대규모 데이터 처리, 암호화 및 복호화, 최적화 문제와 같은 많은 연산과 이에 대한 시간이 소요되는 분야에서 두각을 보인다.

그러나 양자 컴퓨팅의 실현은 여전히 많은 도전에 직면해 있다. 우선, 양자 컴퓨터의 하드웨어 설계 및 제조는 여전히 기술적인 어려움으로 남아 있다. 가령, 안정적인 큐비트 실현 및 양자 얽힘과 중첩 상태를 효과적으로 관리하는 것은 양자 컴퓨터의 실질적인 적용에서 해결해야 할 주요 문제이다.

양자 컴퓨터에서 큐비트를 관리하고 조작하는 기본 단위인 ‘양자 게이트’를 구현하는 것도 양자 컴퓨팅의 주요 과제다. 양자 게이트는 고전 논리 게이트와 유사하지만, 그 작업은 이진 비트 조작을 넘어 큐비트의 중첩(superposition)과 양자 얽힘(quantum entanglement)에 대한 복잡한 변환을 포함하기 때문이다.

글로벌 양자 컴퓨팅 기업 마이크로알고(MicroAlgo)가 양자 게이트 컴퓨터의 CPU 레지스터 기반 전가산기(full adder) 연산 양자 알고리듬을 발표했다.

전가산기는 디지털 회로에서 이진 숫자의 덧셈을 수행하기 위해 사용되는 기본적인 산술 장치이다. 일반 컴퓨터에서는 전가산기의 설계 및 구현이 상대적으로 간단하며 고정된 이진 비트만을 다룬다. 그러나 양자 컴퓨팅에서는 중첩과 양자 얽힘과 같은 큐비트의 특성으로 인해 이를 구현하기 위한 다양한 변수 조건들을 고려해야 한다.

마이크로알고가 개발한 양자 알고리듬은 양자 게이트 컴퓨터에서 전가산기 연산을 구현해 복잡한 산술 작업을 효율적으로 처리할 수 있도록, 단일 양자 쿼리를 통해 숨겨진 비트 문자열을 결정할 수 있는 ‘번스타인-바지라니 알고리듬(Bernstein-Vazirani Algorithm)’을 기반으로 한다.

이 알고리듬을 통해 양자 컴퓨터의 레지스터는 동시에 여러 상태(중첩)를 저장할 수 있어 특정 작업을 수행할 때 기존 컴퓨팅보다 많고 병렬적인 연산이 가능하다.

마이크로알고 관계자는 “양자 알고리듬의 설계는 추가 개발이 필요하며, 다른 분야에 응용될 경우, 기하급수적으로 늘어나는 변수를 처리할 수 있는 광범위한 양자 알고리듬이 필요하다.”라며 “지속적인 기술 발전과 응용 시나리오의 확장을 통해 양자 컴퓨팅은 미래 기술 혁명에서 점점 더 중요한 역할을 할 것이다.”라고 전했다.