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IBM Quantum이 올해로 세번째 열리는 Open Science Prize의 시작을 알렸습니다. Open Science Prize는 양자 컴퓨팅의 가장 시급한 과제에 대한 뛰어난 오픈 소스 솔루션을 선발하기 위한 공모전으로 지금부터 응모 가능하며 마감은 2023년 4월 15일 입니다. 

더욱 자세한 설명과 등록 방법은 이곳에서 확인하실 수 있습니다.

올해의 도전 과제는 양자 상태 준비(Quantum State Preparation)에 기반한 문제를 해결하는 것입니다. 여기에는 큐비트가 모두 |0>으로 설정된 양자 시스템을 잘 알려진 임의의 다른 상태로 변경하는 것이 포함됩니다. 이 과정은 단순히 큐비트의 값을 설정하는 것보다 훨씬 어려울 수 있습니다. 양자 상태 준비는 양자 컴퓨팅의 기본 요소이지만 실제로는 매우 어려운 주제 중 하나입니다.

참가자들은 VQE(Variational Quantum Eigensolver) 알고리즘을 사용하여 카고메 격자(Kagome lattice)에서 하이젠베르크 스핀-1/2 모델의 매우 좌절된 기저 상태(frustrated ground state)를 준비해야 합니다. 이는 그저 한 문장일 뿐이지만 이 과정은 많은 물리학적인 내용을 담고 있습니다. 카고메 격자는 육각형과 삼각형의 모자이크 모양의 조합입니다. 자연에서 발견되는 많은 결정 격자들이 있지만, 카고메 격자는 과학자들이 양자 특성을 연구하기 위해 실험실에서 시뮬레이션을 할 때 사용하는 것입니다. 격자는 흥미로운 물리학 내용을 많이 담고 있습니다: 격자를 구성하는 입자의 자기 스핀은 구조에서 비롯된 서로 경쟁하는 힘의 영향을 받으며, 시스템 전체적으로 거시적인 신비로운 양상을 보이게 됩니다.

챌린지에 참가하면 IBM Quantum의 16큐비트 heavy-hex Falcon 장비에 VQE 알고리즘을 구현하게 될 것입니다. 이 장비는 역대 Open Science Prize에서 사용되었던 장비들 중 가장 큰 장비입니다만, 더 많은 큐비트를 사용해 보고자 하는 독자적인 챌린지도 환영합니다. 문제가 많이 어려워 보이십니까? 템플릿 노트북에 여러분이 도전을 시작하는데 도움이 되는 리소스 목록이 담겨 있으니 주저하지 마십시오.

최우수 오픈 소스 솔루션을 제공한 팀에는 미화 $30000 의 우승 상금이, 준우승 팀에는 미화 $20000 상금이 수여되며, 5명까지 한 팀이 될 수 있습니다.

올해로 3회를 맞이한 IBM Quantum Open Science Prize는 2020년 IBM Quantum 연구원들에 의해 양자 컴퓨터의 중요하고 긴급한 문제에 대한 오픈 소스, 하드웨어 인식(Hardware-aware) 솔루션을 개발하기 위해 시작되었습니다. 2020년 챌린지에서는 SWAP 게이트 오류 감소와 IBM Quantum 하드웨어에서 그래프 상태를 준비할 때의 충실도 향상이라는 두 가지 문제가 참가자들에게 주어졌습니다. 2021년 챌린지에서는 3 입자계에서 하이젠베르크 모델의 해밀토니안의 시간동역학 (time dynamics)을 시뮬레이션 하는 문제가 주어졌습니다.

역대 도전 과제들은 양자 컴퓨터 분야 전체에서의 응용 가능성을 바탕으로 선정되었으며, 올해의 도전 과제 역시 같은 원칙에 따라 선정되었습니다. 양자 알고리즘, 양자 기계 학습, 양자 오류 정정, 양자 물리학 연구와 같은 양자 컴퓨터 응용의 대부분은 충실도(Fidelity)가 높은 양자 상태가 준비되는 것이 몹시 중요합니다. 이 특정 양자 상태에 관한 물리학은 화룡점정과도 같은 특별한 재미가 있는 분야입니다.

2023년 봄에 발표될 이 도전의 최우수 솔루션이 양자 컴퓨팅의 최첨단 기술로서 또한 이 분야 전체의 발전에 기여하는 연구 성과가 되기를 기대합니다.