구글이 양자 컴퓨터 NISQ 대상 오픈소스 프레임 워크 「Cirq」 퍼블릭 알파판 발표

구글이 양자 컴퓨터 NISQ 대상 오픈소스 프레임 워크 「Cirq」 퍼블릭 알파판 발표

최근, 진화를 계속한 양자 컴퓨팅 활용을 널리 진척시키기 위해, Google Quantum AI팀이 양자 게이트 모델인 NISQ에 적합한 프레임워크 「Cirq」 퍼블릭 알파판을 발표했습니다.

 

양자 컴퓨팅 세계에 있어서는, 하드웨어 진화가 진행함과 동시에 양자 알고리즘 개발도 마찬가지로 성장합니다. 「0」과 「1」로 모든 계산을 하는 종래의 컴퓨터와 달리, 「양자 뒤얽힘」을 이용해서 0과 1이 겹친 상태로 계산을 하는 것을 가능한 양자 컴퓨터는, 원리적으로는 종래형의 컴퓨터보다도 동작이 지수함수적으로 고속화할 수 있다고 여겨지고 있습니다.

그러나, 「양자 게이트 모델」이라고 불리는 양자 컴퓨터 모델로 구현된 프로세서는 양자 비트에 노이즈가 많아, 50∼100양자비트정도 규모인 머신이 주류가 되고 있습니다. 이러한, 노이즈가 많고, 오류 정정 기능이 없는 아날로그 성질이 강한 게이트 모델은 「Noisy Intermediate-Scale Quantum(NISQ)」이라고 불립니다. Cirq은, 이 NISQ 작성과 편집, 실행하는 것을 가능한 Python 프레임워크로 사용자는 양자 프로세서용 알고리즘을 쓸 수 있습니다.

세계에서 처음으로 개최된 「Quantum Software and Quantum Machine Learning(QSQM)」 국제 워크숍에서 Google이 발표한 Cirq 퍼블릭 알파판은, 가까운 장래에 실현한다고 보여지는 「니어 텀(near-term)」이나 양자 컴퓨터 문제에 초점을 맞춰서, NISQ양자 컴퓨터가 실용상 중요한 계산상 문제를 해결할 수 있는 것인가 아닌가를 연구자가 이해가 가도록 지원을 합니다. Cirq은 Apache 2 라이센스를 내걸어, 상용 또는 오픈 소스 패키지로 변경, 또는 삽입하는 것을 가능합니다.

사용자는 Cirq을 인스톨하는 것으로 특정한 양자 프로세서용 양자 알고리즘을 쓸 수 있게 됩니다. Cirq은 사용자에 대하여, 양자회로에 대한 미조정 제어, 네이티브 게이트를 사용한 게이트 동작을 지정, 디바이스에 적절한 게이트를 배치, 양자 하드웨어 제약내에서의 이 게이트 타이밍 스케줄링합니다. 데이터 구조는, 사용자가 NISQ아키텍처를 최대한 활용할 수 있게, 이 양자회로를 기입하거나 컴파일에 최적화되고 있습니다. Cirq은 이 알고리즘을 시뮬레이터상에서 로컬에 실행하는 것을 서포트하고, 클라우드를 통해서 장래의 양자 하드웨어 또는 보다 큰 시뮬레이터와 용이하게 통합할 수 있게 설계되고 있습니다.

Google이 또, Cirq베이스의 애플리케이션 예가 되는 「OpenFermion-Cirq」 출시를 발표했습니다. OpenFermion은 화학문제인 양자 알고리즘을 개발하기 위한 플랫폼이며, OpenFermion-Cirq은 양자 시뮬레이션 알고리즘을 Cirq에 컴파일하는 오픈소스 라이브러리입니다. 이 라이브러리를 사용하면, 분자나 복잡한 재료 특성을 시뮬레이트하기 위한 양자변분 알고리즘을 쉽게 구축하는 것을 가능합니다.

Google에서는 Cirq 구축에 즈음하여, 초기시험을 각회사와 협력해서 알고리즘 설계의 피드백을 얻습니다. 그 대처로 찾아내진 Cirq 활용 예는 이하와 같습니다.

·Zapata Computing:양자 오토 인코더 시뮬레이션(샘플 코드 및 비디오 튜토리얼)

·QC Ware:QAOA(Quantum Approximate Optimization Algorithm:양자근사 최적화 알고리즘)의 구현과 동사 AQUA플랫폼에 통합(샘플 코드 및 비디오 튜토리얼) 

·Quantum Benchmark:하드웨어 기능을 평가하거나 확장을 위한 True-Q 소프트웨어 툴 통합(비디오 튜토리얼) 

·Heisenberg Quantum Simulations:앤더슨 불순물모형 시뮬레이션 

·Cambridge Quantum Computing:동사 사유 양자 컴파일러 「t|ket>」의 통합(비디오 튜토리얼) 

·NASA:QAOA와 양자 컴퓨터 시뮬레이터 시간계획에 근거하는 아키텍처 대응 컴파일러

Cirq은 이하 Github상에 리포지터리로 입수 가능합니다.