양자 역학과 양자 컴퓨터를 모르고

어떻게 이 빨리 변하는 세상을 살아갈 수 있을까?

김상욱, 김범준 교수 추천! 고려대 채은미 교수가 전하는 친절한 양자 강의

양자 역학은 이제 선택이 아니라, 지금을 살아가는 우리 모두에게 필요한 최소한의 교양이다. 『처음 만나는 양자의 세계』는 어렵고 낯설게만 여겨졌던 양자 세계를 누구나 이해할 수 있도록 친절하게 풀어낸 책이다. 파동과 입자의 이중성, 불확정성 원리, 양자 중첩과 얽힘 같은 핵심 개념을 생생한 비유와 흥미로운 이야기로 설명해, 수학에 자신이 없어도 읽는 순간 바로 이해할 수 있다. 우리가 손에 쥔 스마트폰, 매일 사용하는 GPS, 인터넷과 레이저, 그리고 미래를 바꿀 양자 컴퓨터까지, 일상과 연결된 구체적인 사례를 통해 양자가 얼마나 가까운 교양인지 보여준다. 특히 양자 컴퓨터는 비트코인 보안과 금융 시스템, 신약 개발, 인공지능에 이르기까지 우리의 삶 전반을 뒤흔들 새로운 패러다임을 제시한다. 저자 채은미 교수는 하버드대학교에서 박사학위를 받고 현재 고려대학교 물리학과 부교수로 재직 중이다. 초저온 분자와 양자정보를 연구하는 젊은 물리학자로, 그는 양자 역학을 교양의 중심에 세우며 독자에게 다정히 말을 건넨다. 이 책을 펼치는 순간, 양자는 더 이상 낯선 학문이 아니라 당신의 교양이 된다.

[목 차]

1부. 아름답고 신비한 양자의 세계

세상은 아주 작은 것들로 이루어져 있다

거인들의 질문이 모여 양자의 길을 열다

파동과 입자의 경계에서

익숙한 세계와는 다른 법칙

이도 저도 아니지만, 이도 저도 될 수 있는

너는 나고 나는 너다

20세기 물리학계를 달군 양자 역학 논쟁

상상에서 현실로, 양자 텔레포테이션

우리가 매일 만나는 양자, 빛

양자가 만든 일상의 혁명, LED

과학이 쏘아 올린 직진의 광선, 레이저

광통신 없이는 구글도 답이 없다

300억 년에 1초 오차, 원자시계

양자가 안내하는 길, GPS의 비밀

 

2부. 양자 컴퓨터가 이끄는 미래

양자 컴퓨터에서 미래를 보는 이유

어떤 문제든 풀 수 있는 범용 양자 컴퓨터

한 분야의 전문가, 특수 목적 양자 컴퓨터

큐비트는 어떻게 만들 수 있을까

양자 컴퓨터 상용화의 열쇠, 양자 오류 정정

초전도 큐비트 양자 컴퓨터

자연이 준 큐비트 1, 중성 원자

자연이 준 큐비트 2, 이온 트랩

빛으로 만드는 광자 양자 컴퓨터

양자 컴퓨팅, 다음 세대의 도전자들

깨지지 않을 암호는 없다? 암호 해독

창이 있으면 방패도 있다

최적의 해답을 찾아가는 양자의 힘

신소재와 신약을 설계하는 양자 컴퓨터

양자 컴퓨터와 인공지능의 만남

에필로그

[본 문]

하지만 우리가 스마트폰의 작동 원리를 몰라도 익숙하게 사용하는 것처럼, 양자 역학도 복잡한 수식 대신 그 안에 담긴 ‘양자 현상’과 우리가 일상에서 활용하고 있는 ‘양자 기술’에 집중해본다면, 이 낯설기만 했던 과학도 조금은 가까워질 수 있습니다. 그리고 그렇게 익히게 된 지식은, 빠르게 변화하는 시대에 우리의 삶을 더욱 풍요롭게 만들어 줄 진정한 ‘교양’이 될 수 있을 것입니다.

이런 바람으로 이 책에서는 수식은 최소한으로 줄이고, 양자 역학이 어떻게 시작되었고, 우리 삶에 어떻게 스며들어 있는지 그리고 앞으로 어떤 기술로 발전해 갈 수 있을지 이야기해 보려 합니다. 이 책을 통해 양자 역학이 조금 더 친근해지고, 나아가 과학이 여러분 곁에 한 발짝 더 가까이 다가갈 수 있었으면 합니다. 그리고 언젠가 우리 모두가 자연스럽게 양자 역학을 이야기하고, 과학을 교양으로 삼아 일상 속에서 함께 나눌 수 있는 날이 오기를 기대해 봅니다.

어쩌면 우리가 느끼는 ‘교양의 결핍’은 지식의 부족이 아니라, 낯선 것 앞에서 용기 내어 한 걸음 다가서지 못했던 마음의 거리에서 비롯된 건지도 모릅니다. 이 책이 그 첫걸음을 함께하는 친구가 되길 바랍니다. _프롤로그 중에서

 

양자 역학은 이처럼 수많은 과학자들의 통찰과 도전이 쌓여 완성된 학문입니다. 그리고 오늘날 우리가 사용하는 반도체, 레이저, 양자 컴퓨터 등 첨단 기술의 토대가 되었지요. 우리가 사용하는 많은 기술이 이 작은 양자의 세계에 기반을 두고 있다는 사실은 과학의 경이로움을 다시 한번 깨닫게 합니다.

보이지 않는 아주 작은 세계를 이해하려는 인간의 노력은, 결국 우리가 사는 거대한 세상의 원리를 밝혀내는 열쇠가 되었습니다. 이처럼 양자 역학은 단지 물리학의 한 분야를 넘어, 우리가 세상을 이해하고 미래를 상상하는 방식 자체를 바꿔 놓았습니다. 그리고 이 위대한 지적 여정은 앞으로도 계속 이어지겠지요. _인간의 위대한 지적 여정 중에서

 

이처럼 초전도 큐비트 양자 컴퓨터는 양자 컴퓨팅의 핵심 기술로 자리 잡고 있습니다. 세계적인 기업들이 잇달아 좋은 결과를 발표하면서 양자 컴퓨팅 커뮤니티의 분위기를 이끌고 있다고 해도 과언이 아니지요. 초전도 큐비트가 가진 빠른 연산 속도와 제어의 용이함 그리고 실용화를 위한 여러 도전 과제들을 종합적으로 살펴보면, 양자 컴퓨팅이 우리 삶을 어떻게 바꿀지 그 가능성을 가늠해 볼 수 있습니다. 앞으로도 초전도 큐비트 양자 컴퓨터는 과학, 산업, 금융, 인공지능 등 다양한 분야에서 혁신을 이끌 핵심 기술로 자리매김할 것입니다. 초전도 큐비트가 여전히 많은 도전을 안고 있더라도, 그 진보는 결국 우리가 상상하지 못한 세계로 우리를 이끌게 되겠지요? _초전도 큐비트 양자 컴퓨터의 미래 중에서

 

이러한 가능성에 대비해 암호화폐 업계에서는 양자 내성 암호로의 전환 논의가 활발히 이뤄지고 있습니다. 실제로 이더리움Ethereum이나 퀀텀 레지스턴트 레저QRL 같은 일부 블록체인 프로젝트는 양자 내성 암호를 실험적으로 도입했습니다. 또 비트코인 사용자 입장에서는 공개키가 노출된 오래된 주소 대신 새로운 주소를 사용하거나 다중 서명 지갑과 하드웨어 월렛을 활용하는 것이 보안을 강화하는 방법이 될 수 있습니다.

비트코인 프로토콜 자체도 필요하다면 하드포크30를 통해 양자 내성 암호로 업그레이드할 수 있습니다. 다만, 하드포크는 네트워크의 모든 참여자가 새로운 규칙을 따르도록 소프트웨어를 교체해야 하며, 그 과정에 시간이 소요됩니다. 하지만 구조적으로 이러한 변화가 가능하다는 점에서, 비트코인은 미래 상황에 대응할 유연성을 가지고 있다고 볼 수 있습니다. _내 비트코인은 안전할까 중에서