1부: 양자 계산의 원리 (The Circuit Model)
- 제1장. 양자 회로와 유니버설 게이트
- 큐빗과 블로흐 구 복습, 단일 큐빗 게이트(X, Y, Z, H, S, T), 다중 큐빗 게이트 (CNOT, SWAP, Toffoli), 유니버설 게이트 세트, 측정의 원리, 얽힘 생성 회로
2부: 양자 알고리즘 (The “How”)
- 제2장. 양자 병렬성과 초기 알고리즘
- 양자 병렬성의 힘, 도이치-조사(Deutsch-Jozsa) 알고리즘, 사이먼(Simon) 알고리즘
- 제3장. 양자 푸리에 변환과 위상 추정
- 고전 푸리에 변환(DFT)과의 비교, 양자 푸리에 변환(QFT)의 회로 구현, 위상 추정(Phase Estimation) 알고리즘
- 제4장. 쇼어의 소인수분해 알고리즘
- 문제 정의: RSA 암호와 소인수분해, 고전적 부분: 주기 찾기(Period-Finding)로의 환원, QFT를 이용한 양자 주기 찾기, 알고리즘의 효율성
- 제5장. 그로버의 검색 알고리즘
- 비정렬 데이터베이스 검색 문제, 진폭 증폭(Amplitude Amplification) 전략, 기하학적 해석 (평균에 대한 반전), 최적성 증명
3부: 양자 오류 정정 (The “Reality Check”)
- 제6장. 양자 오류의 기초와 모델링
- 결어긋남 복습, 이산적 오류 모델: 비트 플립(Bit-Flip) 채널, 위상 플립(Phase-Flip) 채널
- 제7장. 양자 오류 정정 코드 (QECC)
- 고전적 반복 코드의 한계, 3-큐빗 비트 플립 코드 (신드롬 측정), 3-큐빗 위상 플립 코드, 9-큐빗 쇼어(Shor) 코드
- 제8장. 안정자 코드와 표면 코드
- 안정자 그룹(Stabilizer Group)과 코드 공간, CSS 코드, 표면 코드(Surface Code) 개요 및 장점
4부: 물리적 구현 (The “Hardware”)
- 제9장. 양자 하드웨어의 조건
- 디빈첸조(DiVincenzo)의 5가지 기준, 결맞음 시간 (T1 과 T2)
- 제10장. 주요 큐빗 플랫폼
- 초전도 큐빗 (트랜스몬, 플럭소니움), 이온 트랩 큐빗, 광자 큐빗, 반도체 큐빗 (양자점)