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양자컴퓨터의 미래

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[ 양장 ]
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품목정보

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발행일 2023년 12월 11일
판형 양장?
쪽수, 무게, 크기 436쪽 | 682g | 143*216*30mm
ISBN13 9788934955177

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우리는 실리콘 시대의 종말을 목격하는 산 증인이 될 것이며, 후-실리콘 시대(또는 양자 시대)의 서막을 현장에서 관람하는 첫 세대가 될 가능성이 크다.
--- p.21

양자컴퓨터의 발목을 잡는 문제점은 파인먼이 기본개념을 처음 제안할 때부터 이미 예견되어 있었다. 양자컴퓨터가 제대로 작동하려면 큐비트를 구성하는 원자들이 일제히 같은 모드로 진동하도록 배열되어야 한다(이런 상태를 ‘결맞음coherence’이라 한다). 그러나 원자는 워낙 작고 예민한 물체여서, 외부로부터 불순물이나 교란이 조금이라도 개입되면 그 즉시 원자의 배열은 결어긋남decoherence(결깨짐) 상태로 붕괴되고, 계산은 엉망진창이 되어버린다. 바로 이것이 양자컴퓨터가 직면한 가장 큰 문제이다. 자, 여기서 1조 달러짜리 질문을 던져보자. 우리는 양자컴퓨터의 결어긋남을 제어할 수 있을까?
--- p.24~25

두 물체가 결맞음 상태에 있으면(동일한 패턴으로 진동하면) 둘 사이의 거리가 아무리 멀어져도 그 상태를 유지할 수 있다. 요즘 물리학자들은 이 현상을 ‘얽힘entanglement’이라는 용어로 부른다. 바로 이것이 양자컴퓨터의 핵심원리이다. 서로 얽혀 있는 큐비트는 거리가 멀어져도 상호작용을 할 수 있으며, 이로부터 막강한 계산 능력이 발휘된다.
--- p.80

경쟁의 양상을 이해하려면, 양자컴퓨터의 기본 설계도가 하나가 아니라 여러 개라는 것을 염두에 둬야 한다. 튜링머신의 작동 원리는 매우 일반적이어서, 다양한 기술에 적용할 수 있다. 즉, 진공관이나 트랜지스터 대신 물이 흐르는 파이프와 밸브를 사용해도 정상적으로 작동하는 디지털 컴퓨터를 만들 수 있다. 중요한 것은 0과 1로 이루어진 디지털 정보를 운반하는 시스템과 이 정보를 처리하는 방법이다.
이와 마찬가지로 양자컴퓨터도 다양한 설계가 가능하다. 0과 1이라는 상태가 중첩되고 얽혀서 정보를 처리하는 시스템은 모두 양자컴퓨터가 될 수 있다. 스핀이 위up 또는 아래down인 전자나 이온은 물론이고, 스핀이 시계방향이거나 반시계방향인 편광된 광자도 양자컴퓨터로 손색이 없다. 양자역학은 우주의 모든 물질과 에너지에 적용되므로, 양자컴퓨터를 만드는 방법은 수천 가지나 된다. 어느 물리학자가 나른한 오후에 거실 소파에 앉아서 0과 1이 중첩된 상태를 표현하는 방법을 상상하다가 완전히 새로운 양자컴퓨터를 떠올릴 수도 있다.
--- p.121~122

지금은 배터리의 성능을 높이기 위해 수백 가지 화학물질을 일일이 테스트하고 있지만, 양자컴퓨터가 있으면 이 모든 실험을 훨씬 빠르게 실행할 수 있다. 물론 실제 실험실이 아닌 가상공간에서 진행되기 때문에 비용도 크게 절감된다. 광합성이나 질소고정 시뮬레이션처럼, 양자컴퓨터로 진행되는 ‘가상화학virtual chemistry’은 화학 실험실에서 지루하게 반복되는 시행착오를 크게 줄여줄 것이다.
--- p.184

기존의 디지털 컴퓨터로 페니실린 분자를 분석한다면, 훗날 자신의 모든 연구를 제자에게 인수인계하고 은퇴할 각오를 해야 한다. 실제로 이 작업을 수행하려면 1086비트에 달하는 컴퓨터 메모리가 필요하다. 그러나 양자컴퓨터에게 이 정도는 일상적인 계산에 불과하다. 신약을 개발하고 약의 작용 원리를 분자 수준에서 분석하는 것이 양자컴퓨터의 주 업무가 될지도 모른다.
--- p.205

암과의 전쟁에서 양자컴퓨터를 이용하는 방법은 여러 가지가 있다. 액체생검에 적용하여 종양이 형성되기 몇 년 전에 암세포를 조기 발견할 수도 있고, 모든 국민의 욕실에 부착된 센서로부터 매일 전송되는 생체 데이터를 분석하여 암세포를 골라내거나 거대한 게놈 데이터베이스를 구축할 수도 있다.
암이 일정 크기 이상으로 자라난 경우에는 양자컴퓨터를 이용하여 수백 종의 암 중에서 해당 암세포만 골라서 공격하도록 면역체계를 수정할 수도 있다. 유전자 치료와 면역요법, 그리고 크리스퍼에 양자컴퓨터를 결합하여 암 유전자를 정확하게 자르거나 붙여넣으면 부작용 없는 면역요법이 가능해진다. 또한 대부분의 암은 p53 같은 몇몇 유전자와 밀접하게 연관되어 있으므로, 양자컴퓨터를 이용한 유전자 치료를 통해 암을 조기에 차단할 수도 있다.
--- p.237

양자컴퓨터는 엄청난 계산 능력을 보유했지만 실수로부터 새로운 지식을 배우는 기능은 없다. 그러나 양자컴퓨터에 신경망을 탑재하면 계산을 반복할 때마다 성능이 향상되므로 더욱 빠르고 효율적으로 문제를 풀 수 있다. 이와 비슷하게 인공지능은 실수로부터 배우는 능력이 있지만 복잡한 문제를 풀기에는 계산 능력이 크게 떨어진다. 그러나 양자컴퓨터로 보완된 인공지능은 그동안 발목을 잡아왔던 난제를 쉽게 해결할 수 있다.
--- p.242~243

초전도 현상을 보이는 물질을 체계적으로 찾는 방법은 없다. 지금까지 알려진 초전도체는 과학자들이 이것저것 섞어가면서 시행착오를 겪다가 우연히 발견된 것이다. 그러므로 새로운 재료를 테스트하려면 처음부터 다시 시작해야 한다. 그러나 양자컴퓨터를 이용하면 이 모든 과정이 가상실험실에서 진행되므로 시간과 비용이 크게 절약된다. 지금은 후보물질 하나를 테스트하려면 수년 동안 수백만 달러를 써야 하지만, 양자컴퓨터에게 이 일을 맡기면 오후 한나절 만에 테스트를 끝낼 수 있다.
--- p.334

표준모형에는 (1)36종의 쿼크와 반쿼크, (2)왜 하필 그런 값이어야 하는지 도통 알 수 없는 19개 이상의 변수, (3)3세대에 걸쳐 존재하는 똑같은 입자들, (4)글루온, W 보손, Z 보손, 힉스 보손을 비롯한 양-밀스 입자 등등이 한데 엉켜서 북적대고 있다.
낳아준 엄마 말고는 아무도 예뻐할 것 같지 않은 이론이다. 땅돼지와 오리너구리, 그리고 고래를 스카치테이프로 대충 붙여놓고 ‘자연의 우아한 창조물이자 수백만 년에 걸친 진화의 최종산물’이라고 우기는 것과 비슷하다.
--- p.361~362

여기서 중요한 것은 우주를 지배하는 양자역학 법칙을 양자적 튜링머신에 부호의 형태로 저장할 수 있다는 것이다. 양자컴퓨터에 우주를 담는다는 것은 이런 의미이며, 이것이 바로 앞서 말했던 ‘양자컴퓨터와 우주 사이의 깊은 관계’이기도 하다. 엄밀하게 따지면 우주는 양자컴퓨터가 아니지만, 우주에서 일어나는 모든 현상은 양자컴퓨터에 코드화할 수 있다.
--- p.395

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