AI, 양자 컴퓨터, 로보틱스

컴퓨터의 미래를 내다본 물리학자의 강의를 다시 만나다

“컴퓨터 과학은 우리가 주변 세상에서 어떤 것을 알 수 있고 어떤 것을 알 수 없는지를 다시금 생각하게 만든다.” - 리처드 파인만

 

노벨물리학상 수상자 리처드 파인만이 마지막으로 강의한 과목은 다름 아닌 컴퓨터 과학이었다. 1983년부터 1986년까지 캘리포니아 공과대학에서 계산의 물리적 본질에서 시작해 컴퓨터 이론 전반을 탐색하며, 자신만의 독창적인 시각으로 ‘컴퓨터란 무엇인가’를 깊이 있게 성찰했다.

1판의 출간 20주년을 맞아 선보이는 2판은 현대의 컴퓨터 과학을 파인만의 시점으로 재조명한다. 파인만이 처음 제안한 ‘양자역학적 컴퓨터’ 개념이 오늘날 ‘양자 컴퓨터’에 미친 영향을 살펴보며, 파인만이 AI에 관해 언급했던 내용 등 현대 컴퓨터 과학의 주요 이슈까지 추가했다. 시간이 흐를수록 더욱 빛이 나는 거장의 마지막 강의를 지금 바로 만나보자.

 

대상 독자

● 하드웨어 아키텍처·계산 이론의 기초를 탄탄히 다지고 싶은 학부·대학원생

● 파인만 특유의 시각으로 컴퓨팅 한계를 물리학적 관점에서 탐구하고 싶은 개발자

● 컴퓨터가 어떻게 동작하며 무엇을 할 수 있는지 ‘깊이 있게’ 이해하고 싶은 모든 사람

[목 차]
  

CHAPTER 1 컴퓨터 개론

_1.1 문서 정리원 모형

_1.2 명령어 집합

_1.3 마무리

 

CHAPTER 2 컴퓨터 구조론

_2.1 논리 게이트와 조합 논리

_2.2 이진 디코더

_2.3 기타 게이트: 가역 게이트

_2.4 연산자의 완전 집합

_2.5 플립플롭과 컴퓨터 메모리

_2.6 타이밍과 시프트 레지스터

 

CHAPTER 3 계산이론

_3.1 유효 절차와 계산 가능성

_3.2 유한 상태 기계

_3.3 유한 상태 기계의 한계

_3.4 튜링 기계 1

_3.5 튜링 기계 2

_3.6 범용 튜링 기계와 종료 문제

_3.7 계산 가능성

 

CHAPTER 4 코딩과 정보이론

_4.1 계산과 통신이론

_4.2 오류 검출 및 정정 코드

_4.3 섀넌의 정리

_4.4 메시지 공간의 기하학

_4.5 데이터 압축과 정보

_4.6 정보 이론

_4.7 기타 코딩 기법

_4.8 아날로그 신호 전송

 

CHAPTER 5 가역 계산과 계산의 열역학

_5.1 정보의 물리학

_5.2 가역 계산과 계산의 열역학

_5.3 계산: 에너지 비용 vs. 속도

_5.4 일반적인 가역 컴퓨터

_5.5 당구공 컴퓨터

_5.6 양자 계산

 

CHAPTER 6 양자역학적 컴퓨터

_6.1 개론

_6.2 가역 컴퓨터를 이용한 계산

_6.3 양자역학적인 컴퓨터

_6.4 불완전성과 비가역적인 자유 에너지 손실

_6.5 구현 단순화 방법

_6.6 결론

_6.7 참고문헌

 

CHAPTER 7 40년 후의 양자 컴퓨팅

_7.1 파인만과 양자 계산

_7.2 우리가 가는 곳, 우리가 있는 곳

_7.3 양자 정보

_7.4 양자 컴퓨터란 무엇일까?

_7.5 양자 동역학 시뮬레이션

_7.6 에너지 고윳값 및 고유상태

_7.7 양자 오류 정정

_7.8 전망

_7.9 참고문헌

 

CHAPTER 8 계산의 물리적 측면

_엮은이로부터

_8.1 반도체 소자 물리학

_8.2 컴퓨터에서의 에너지 사용 및 열 손실

_8.3 VLSI 회로 구축

_8.4 컴퓨터 설계와 연관된 몇 가지 추가 제약조건

 

CHAPTER 9 무어의 법칙을 넘어선 컴퓨팅의 미래

_9.1 소개

_9.2 새로운 계산 모형의 보완적 역할

_9.3 특화 설계

_9.4 CMOS 대체: ‘새로운 트랜지스터’ 발명하기

_9.5 가역성 돌아보기

_9.6 결론

_9.7 참고문헌

 

CHAPTER 10 파인만과 인공지능

_10.1 소개

_10.2 1980년대의 물리학과 유사한 신경망

_10.3 AI/ML의 봄

_10.4 계산 과학을 위한 AI/ML

_10.5 수학적 합성과 기호주의 AI로의 회귀?

_10.6 결론

_10.7 참고문헌

 

EPILOGUE 파인만과의 기억

_칼텍에서의 파인만

_물리학과 계산: 파인만, 홉필드, 서스만에게 배운 것

_파인만을 추억하며

빌 게이츠 (기업인)

컴퓨터 산업이 얼마나 빠르게 발전했는지 생각해 보면 30년 전의 강의가 오늘날에도 여전히 의미가 있을지 의문이 들 수밖에 없다. 발전 정도가 얼마나 대단한지 내가 이 서문을 쓰고 있는 현시점에는 누구나 인터넷을 연결해 (파인만이 ‘고급 애플리케이션’이라고 불렀던) 인공지능 에이전트와 대화할 수 있다. 머지않아 인간은 컴퓨터를 활용해 더 많은 일을 하게 될 것이다.

 

파인만이 스스로에게 적용했던 높은 기준은 우리 모두에게 중요한 교훈을 준다. 그는 스스로 이해하지 못하면 다른 사람에게 설명할 수 없다고 주장했다. 무엇보다도, 자신 역시 스스로를 속이고 있을지도 모른다는 가능성에 혐오감을 느꼈다. 나는 사업을 하는 동안에는 물론이거니와 지금 자선 활동을 하면서도 오랫동안 이런 태도를 본받으려고 노력했다. 비록 컴퓨팅에는 관심이 없더라도, 스스로가 깔고 있는 가정을 점검하는 태도는 중요하다. 그리고 리처드 파인만만큼 엄격하게 자신의 가정을 철저하게 검증한 사람은 없다.