• Electronics and Telecommunications Trends
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• v.37 no.2
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• pp.1-10
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• 2022

Similar to present computers, quantum computers comprise quantum bits (qubits) and an operating system. However, because the quantum states are fragile, we need to correct quantum errors using entangled physical qubits with quantum error correction (QEC) codes. The combination of entangled physical qubits with a QEC protocol and its computational model are called a logical qubit and fault-tolerant quantum computation, respectively. Thus, QEC is the heart of fault-tolerant quantum computing and overcomes the limitations of noisy intermediate-scale quantum computing. Therefore, in this study, we briefly survey the status of QEC codes and the physical implementation of logical qubit over various qubit technologies. In summary, we emphasize 1) the error threshold value of a quantum system depends on the configurations and 2) therefore, we cannot set only any specific theoretical and/or physical experiment suggestion.

• Korean Journal of Optics and Photonics
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• v.29 no.2
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• pp.58-63
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• 2018

As the quantum volume increases, we are about to use quantum computers for real applications. Therefore, it is necessary to investigate how much quantum-computational gain is achievable in the near future. In this work, we analyze a fault-tolerant quantum computing method for near-term applications such as the ground-state estimation problem. Based on quantitative analysis, we find that it is still necessary to improve the current fault-tolerant quantum computing. This work also discusses which parts should be improved to improve quantum computing performance.

• Journal of KIISE
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• v.43 no.7
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• pp.751-762
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• 2016

This paper presents an overview of the emerging field of quantum machine learning which promises an innovative expedited performance of current classical machine learning algorithms by applying quantum theory. The approaches and technical details of recently developed quantum machine learning algorithms that have been able to substantially accelerate existing classical machine learning algorithms are presented. In addition, the quantum annealing algorithm behind the first commercial quantum computer is also discussed.

• Review of KIISC
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• v.33 no.2
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• pp.57-67
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• 2023

최근 양자 역학의 원리를 기반으로 하는 양자 컴퓨팅 기술이 발달하면서 양자 컴퓨터가 고전컴퓨터에 비해 이점을 가질수 있는 작업 중 하나인 양자 인공지능에 대한 연구들이 관심을 받고 있다. 최근에는 실제로 작은 규모의 문제에서는 양자 인공지능이 기존 인공지능 기술에 비해 이점을 얻을 수 있음이 여러 연구 사례들을 통해 확인되었다. 하지만 현재의 양자 컴퓨터는 많은 자원을 사용할 수 없는 오류가 있는 중간 규모의 양자 컴퓨터 (Noisy Intermediate-Scale Quantum, NISQ)이므로 아직까지는 고전 인공지능을 능가한다고 정의하기는 어렵다. 따라서 현재의 양자 인공지능 기술은 고전 컴퓨팅과 양자 컴퓨팅을 결합한 하이브리드 방식이 보다 활발히 사용되고 있는 상황이며, 제약적인 환경에서 동작하는 신경망 구조와 학습 기술들이 주가 되고 있다. 본 고에서는 NISQ 상에서의 양자 인공지능 기술들에 대해 자세히 알아본다.

• Electronics and Telecommunications Trends
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• v.31 no.2
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• pp.84-94
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• 2016

지난 60여 년간은 고전정보에 기반한 통신, 저장, 처리 능력이 비약적으로 발전하였다. 이 과정에서 가장 많이 사용된 방법은 정보소자의 크기를 감소시키는 방법이었는데, 이러한 접근법은 최근에 그 한계에 도달하고 있다. 이러한 한계를 극복하기 위해서 다양한 접근법이 연구되고 있으며, 궁극적으로는 양자역학적 현상에 기반하는 양자정보가 사용될 것으로 예상된다. 양자정보는 크게 계산성과 보안성을 향상시키는데, 이에 따라서 향후 ICT 전반에서 많은 변화가 생길 것으로 예상된다. 본고에서는 특히 양자정보에 기반한 양자컴퓨팅을 중심으로, 양자정보의 발현과 관련한 역사적 흐름, 양자정보에 기반한 정보처리의 핵심요소, 양자컴퓨팅 구현 방법론, 양자컴퓨팅 활용 방법론, 현재의 기술수준을 소개한다. 마지막으로 ICT의 경제의존도 및 사회몰입도가 높은 우리나라가 이러한 ICT패러다임의 전환기에서 과연 무엇을 어떻게 준비해야 하는지도 살펴본다.

• Review of KIISC
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• v.32 no.1
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• pp.57-63
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• 2022

공개키 암호에 치명적인 위협이 될 것으로 예상하는 양자 컴퓨터가 빠르게 발전하면서, 암호학계에서는 공개키 암호를 대체하기 위한 양자 내성 암호 개발이 주요 화두로 떠올랐다. 이와 더불어 양자 컴퓨팅 환경에서의 대칭키 암호 및 구조의 안전성에 관해서도 많은 연구가 제안됐다. 하지만, 해시함수에 대한 분석은 2020년 Hosoyamada와 Sasaki가 양자 컴퓨팅 환경에서 해시함수의 충돌쌍 공격을 제안하면서 비로소 연구자들의 관심을 받기 시작했다. 그들의 연구는 양자 컴퓨터를 이용할 수 있는 공격자가 고전 컴퓨터만을 이용할 수 있는 공격자보다 해시함수의 더 많은 라운드를 공격할 수 있음을 보여준다. 또한, 양자 컴퓨팅 환경에서 해시함수의 충돌쌍을 찾는 문제는 해시함수 자체의 안전성에도 영향이 있지만, 양자 내성 암호의 안전성에도 영향을 준다는 점에서 매우 중요하다. 본 논문에서는 해시함수 충돌쌍 공격이 수행되는 양자 환경과 기 제안된 양자 충돌쌍 공격을 제시한다.

• Review of KIISC
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• v.33 no.2
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• pp.21-30
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• 2023

양자 컴퓨팅은 혁신적인 계산 패러다임으로, 큐비트를 사용하여 기존 슈퍼컴퓨터 상에서 복잡했던 문제들을 빠르게 해결할 수 있다. 다만 양자 컴퓨팅의 발전은 현대 암호의 보안성을 크게 위협함으로써 기존 암호화 시스템을 양자컴퓨팅에 안전한 암호화 시스템으로 전환하는 작업이 요구되고 있다. 현재 전세계 IT 기업들에서는 양자내성암호로의 전환과 관련하여 기존 암호 시스템과의 호환 그리고 새로운 암호의 보안성이라는 문제 해결을 위해 함께 연구 개발 중에 있다. 본 고에서는 양자컴퓨팅에 대비한 양자 내성 암호로의 전이 동향에 대해 조사하며 이와 관련된 문제, 전략 그리고 주요 고려 사항들에 대해 확인해 보도록 한다.

• Electronics and Telecommunications Trends
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• v.30 no.2
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• pp.22-31
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• 2015

양자시스템을 모사하기 위한 양자컴퓨터의 가능성이 논의된 이후 약 30년이 지난 현재, 물리학 실험실에만 국한했던 양자역학은 정보이론, 보안, 통신, 컴퓨팅 등 기존 정보통신분야와의 결합을 통해 응용 가능성을 보여주는 연구가 진행되었고 통신분야에서는 절대 보안성을 가진 양자키 분배 시스템을 사용한 암호통신장비가 판매되고 있는 등 가시적 성과를 내고 있다. 또한, 컴퓨팅분야에서는 이온포획, 초전도, 스핀트로닉스 등 여러 가지 물리현상을 이용한 큐빗의 가능성을 보여주고 있으며 양자컴퓨팅 알고리즘 및 적용분야에 대한 연구가 진행 중이어서 멀지 않은 장래에 고전 컴퓨터보다 적어도 다항식적 속도향상을 갖는 양자컴퓨터가 등장할 전망이다. 본고에서는 선진국에서 진행되고 있는 양자통신 및 양자컴퓨팅 관련한 기술개발 동향을 소개하고자 한다.

• Journal of the Korea Society of Computer and Information
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• v.28 no.3
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• pp.1-9
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• 2023

In this paper, we identify the factors that hinder the application of quantum computing technology to solve meaningful real-world problems, and suggest related research trends and directions. To this end, we summarize the basic knowledge of quantum mechanics from the perspective of computer science, which is necessary to understand the difficulties in applying quantum computing technology, and analyze the currently commercialized quantum computers and quantum programming layers from the literature. Through an analysis of the current status and utilization of cloud-based commercial quantum computing services, we identify four factors that currently hinder the practical application of quantum computing: high barriers to entry for quantum computer programming, constraints on noisy intermediate-scale quantum computers, a still-growing open source ecosystem, and difficulties in simulating realistic problem sizes, and suggest trends and directions for related research. In doing so, it is expected to contribute to laying the groundwork for practical applications of quantum computing technology.

• Proceedings of the Korean Society of Computer Information Conference
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• 2024.01a
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• pp.427-430
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• 2024

본 논문에서는 그리드 컴퓨팅에서의 안전한 통신을 위한 양자내성암호 기반 사용자 인증 및 키 교환 프로토콜을 구현하고 성능을 측정한다. 디지털 서명을 통해 사용자를 검증하고 암호키를 교환하여 신뢰할 수 있는 사용자들만이 그리드 컴퓨팅에 참여할 수 있도록 한다. 사용자 인증과 키 교환 과정에 NIST 선정 표준양자내성암호인 ML-DSA와 ML-KEM을 적용하여 양자컴퓨터를 이용한 공격에도 안전할 것으로 기대된다. 본 논문에서는 양자내성암호를 적용한 프로토콜이 기존의 현대암호 기반 전자서명이나 키 교환 과정에 비해 양자내성과 동시에 준수한 사용성을 지녔음을 보인다. 이를 통해 그리드 컴퓨팅의 시스템의 P2P 특성에서 기인하는 보안 문제를 해결하고, 기존에 주로 내부망이나 실시간 스트리밍 서비스에서 활용되던 그리드 컴퓨팅의 인터넷 환경으로의 확장 가능성을 제시한다.