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모든 입자는 파동이다. 이 문장을 이해할 수 있는 사람은 없을 것이다. 이해했다고 생각해도 그 방법이 잘 못 되었을 것이라고 나는 확신한다. 물질이 존재하면서 흔들리는 것은 입자가 파동의 매질 역할을 하는 것이지, 입자가 파동임을 의미하는 것이 아니다. 당신이 알고 있는 ‘퀀텀의 세계’는 그저 대자연의 마술을 받아들인 것뿐이라고 할 수 있다. 우리가 이를 이해할 수 없는 이유는 미시세계를 본 적도, 느낀 적도 없기 때문이다. 물론, 삼라만상을 이루고 있고, 매 순간 이런 법칙은 지켜져 가고 있을 테지만, 우리의 의식은 거시세계 속에서 살아가므로 미시세계를 경험할 수 없다. 경험해보지 못한 것을 상상할 수는 있다. 그를 통해 다른 비유로 이해할 수 있지만, 그 이해는 올바르지 않은 이해일 것이다. 이는 ‘퀀텀의 세계’의 저자가 책을 통해 전하고 싶은 중요한 메시지 중 한 가지다. 혹시라도 저 문장을 이중슬릿을 통한 경험으로 이해했다고 하더라도 양자역학을 완성하기 위해 남은 중첩의 원리, 불확정성의 원리, 얽힘은 차례대로 좌절감을 선물할 것이다. 놀라운 것은 우리가 그곳에 도달하기까지의 다른 원리를 발견하고 이해하기 위해 우리는 대자연의 엄청난 마술을 헤집었다는 것이다.
마술은 물리적인 판단으로 불가능해 보이거나 기묘한 현상을 일컫는 말이다. 나는 언젠가 마술을 보고는 이의 비밀을 알고 싶어서 유심히 들여다보지만, 원리를 알지 못한 채로 본 나는, 어떻게 일을 벌였는지 알아내기 어려웠다. 몇만 년 동안 인간은 원리도 모른 채로 대자연이 내는 마술을 유심히 들여다본 결과, 놀라울 정도로 신기하게 마술들을 예측하고, 활용하고 있다. ‘물리학’이라는 이름으로 마술의 원리를 정리해 왔다. 모든 마술의 근원이 담겨있는 ‘퀀텀의 세계’라는 마술 상자에 ‘불확정성’이라는 자물쇠가 걸려 있어 안으로 들어갈 수 없게 만들어 놓인 것을 보았다. 결국, 인류는 대자연이 부리는 마술 원리를 깨우치지 못하고 지는 줄 알았으나, 그 불확정성마저 활용하고 있었다. 이해할 수 없지만 활용할 수 있다는 학자들의 판단은 엄청난 발전을 전개해나가고 있다. 책에서 소개한 양자 컴퓨터의 메커니즘은 중첩과 얽힘의 원리로 이루어져 있다. 양자역학을 이해하지 않고 성질을 받아들여 이 컴퓨터가 병렬처리에 엄청난 강점을 가졌다는 것을 이해할 수 있었다. 또, 중첩을 통한 BB84 프로토콜도 흥미로운 수수께끼로 이해할 수 있었다. 대자연이 만든 마술을 성질로 이해한 우리가 다시 마술을 부리고 있었다. 양자역학이 활용된 기술들은 모두 암호와 데이터처리 등의 컴퓨팅 관점으로 전개되었지만, 충분히 양자 개념이 닿지 않은, 많은 산업에 변화를 일으킬 것으로 예상이 된다. 활용해본 적 없으니, 그저 시도해보기만 해도 밑져야 본전인 산업이 될 것이라는 동기를 심어주는 시간이 되었다.
이처럼 모두가 알 수 없는, 이해하지 못한 이 상황 속에서 내 교양과 상상력은 더 풍부해졌음을 알 수 있었다. 책을 읽으며 아인슈타인과 함께 같은 생각으로 양자역학을 반박하는 소속감과 뿌듯함을 잠시나마 느낄 수도 있었고, 그로 인한 자신감도 얻을 수 있었다. 모르는 것을 배우는 즐거움을 느낄 수 있었고, 저자의 중간중간 주제와 관련된 흥미롭고 재미있는 이야기들은 전혀 지루하지 않은 독서 시간으로 만들어주었다.
우리는 양자 컴퓨터의 하드웨어를 구현하는 곳에서 잠시 멈춰서 있다. 언젠가 이를 타개할 방도를 발견하여 산업을 ‘퀀텀 점프’ 시킬 수 있을지도 모른다. 하지만, 우리에게 미래를 자극할 이러한 입문 도서가 생겨나지 않는다면 우리는 정체할 것이다. 역사는 한순간에 바뀌지 않는다. ‘퀀텀의 세계’를 쓴 저자의 시도는 대한민국에서의 양자역학이라는 학문과 양자 산업에 잠재적인 변화를 가져올 것을 믿는다. 결코, 양자역학, 양자기술에 대해서 단순하게 소개만 하는 책이 아니다. ‘숨 막히게 살면서 새로운 대양을 발견하라’라는 메시지는 젊은이들에게 미래를 응원하고 있음을 알 수 있었다 |
| 해나무 출판사에서 출간된 이순칠 작가의 저서 퀀텀의 세계를 읽고 작성하는 리뷰입니다. 과학분야 도서를 읽을 필요를 느끼던 와중에 마침 이 책이 눈에 띄어서 대여해서 읽어보게 되었습니다. 생각보다 내용이 흥미로워서 재미있게 읽을 수 있었습니다. |
| 양자컴퓨터라는 생소한 개념을 친절하게 설명해주는 책입니다. 물리화학적으로 양자역학은 어려운 개념인데 이 개념을 갖고 어떻게 컴퓨터에 적용하였는가가 적혀있습니다. 다만 이 책이 2021년에 쓰여진 책이라 2025년 현재와는 개발단계가 많이 다릅니다 |
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1~2부는 양자물리학의 기초 개념부터 시작해서, "왜 양자 물리는 직관적으로 이해가 어렵나?" 같은 궁금증을 다루고, 역사적 흐름과 주요 개념들을 소개해줍니다. 3~5부에서누 양자정보기술, 양자컴퓨터, 암호, 미래 전망까지 연결하는데, 이게 요즘 특히 핫한 주제들이라 흥미롭게 읽힙니다. 복잡한 수식보다는 원리와 응용에 초점이 맞춰져 있어 과학 교양으로 접근하기 딱 좋아요. |
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우리는 인간을 해석하기 위해서 여러가지 도구를 사용한다. 육체적으로는 키, 몸무게, 시력, X-Ray, MRI 등의 측정 도구가 있고, 정신적으로는 심리 검사, 행동 관찰 같은 도구를 사용한다. 마찬가지로 우리가 살고 있는 우주를 해석하고 이해하려면 여기에 맞는 도구가 필요하다. 지구를 포함하여 거시세계(巨視世界) 우주를 해석하는 도구로는 아인슈타인의 상대성 이론이 있다. 맨 눈으로는 볼 수 없는 원자, 전자, 원자핵의 내부 구조와 같은 미시세계(微視世界)를 해석하는 도구로는 현대 물리학자들이 체계화시킨 양자 이론이 있다. 우주는 거시세계와 미시세계를 모두 포함한 것이기 때문에 우주를 분석하기 위해서는 상대성 이론과 양자 역학이라는 도구(이론)를 모두 사용해야 한다. 안타깝게도 두개의 이론은 현재까지도 하나로 통합되어 있지 못하여 하나의 우주를 해석하기 위해서는 두개의 도구를 함께 사용해야 한다. 사람이 자연에서 보고 느끼는 모든 현상은 아날로그적이고 따라서 연속적인 값이다. 예를 들어, 온도는 영하 273°C 절대 온도부터 수억°C까지 모든 범위에서 연속적인 값을 가지고 있다. 사람이 이해하는 길이, 무게, 속도, 면적, 압력 등의 모든 물리량은 아날로그적으로 연속적인 값을 가지고 있다. 이러한 아날로그 세계에서 살고있는 사람의 인식으로 불연속적인 값을 갖는 양자의 세계를 이해하기는 매우 어렵다. 우리가 양자 물리학을 이해할 수 없는 이유는 사람의 감각으로는 미시세계를 볼 수도, 느낄 수도 없기 때문이다. 양자 현상은 우주 삼라만상에 들어 있고, 우주가 탄생한 이후로 이 법칙은 어김없이 지켜지고 있지만, 거시세계 속에서 살고 있는 우리의 의식은 결코 미시세계를 경험할 수 없다. 우리는 경험해보지 못한 세상을 상상할 수 있다. 상상하는 것을 비유로 비슷하게 이해할 수는 있지만 실제 처럼 완벽하게 알 수가 없다. 양자와 같은 불연속적인 현상의 비유로 동전(주화)이 있다. 주화는 1원, 5원, 10원, 50원, 100원, 500원 짜리만 있고 중간 금액(값)을 가지는 주화는 없다. 이러한 불연속적인 현상을 양자(量子,Quantum)화 되었다고 말한다. 좀 여려운 물리적 개념이지만 물질의 최소 단위로 원자를 가정한다면, 원자의 주위를 회전하는 전자의 궤도는 미리 정해진 특정한 위치에만 존재하기 때문에 양자화되어 있다고 말한다. 이 지점으로 부터 양자역학(量子力學, Quantum Mechanics)이 출발한다. 양자가 갖고 있는 핵심 현상으로 중첩(Superposition)과 얽힘(Entanglement)이 있다. 양자의 중첩은 성질이 다른 두개의 상태가 동시에 겹쳐 있다는 뜻이다. 삶과 죽음이 겹쳐 있고, 행복과 불행이 겹쳐 있고, 0과 1이 겹쳐 있다는 뜻이다. 이러한 양자 역학의 이상한 불완전함을 지적하기 위해서 오스트리아의 물리학자 에르빈 슈뢰딩거가 1935년에 고안한 사고 실험인 ‘슈뢰딩거의 고양이(Schrodinger's Cat)’는 오히려 양자 역학의 중첩 현상을 설명하는 비유로 유명하다. 내부가 보이지 않는 방사능 상자안에 갖혀 있는 고양이는 삶과 죽음의 상태를 동시에 갖고 있지만, 상자의 뚜껑을 여는(관측)하는 순간에 삶 또는 죽음 중의 어느 하나로 결정된다는 뜻이다. 원래는 두개의 상태가 겹쳐 있었는데, 관측하는 순간에 어떤 하나의 상태로 결정된다니! 이 개념을 이해할 수 있으면 양자 역학의 맛을 좀 느꼈다고 할 수 있다. 얽힘은 더 이상한 개념이다. 서로 떨어져 있는 두 존재가 서로 밀접하게 연결되어 있다는 말이다. 한국에 있는 성춘향과 지구 반대쪽인 남아메리카로 이민간 이도령의 마음이 이심전심 실시간으로 결합되어 있다고 한다. 좀 더 심하게는 안드로메다 성운의 어느 별에 가 있는 이도령의 사랑과 배신을 대한민국 서울에 있는 성춘향이 실시간으로 느끼면서 서로 연결되어 있다는 뜻이다. 빛의 속도로 달려가도 220만년 거리의 안드로메다에 떨어져 있어도 서로의 마음이 얽혀서 즉시 알수 있다고 한다! 우리가 이해할 수 있는 비유를 예로 든다면 일란성 쌍둥이로 태어난 두 사람이 지구 반대편에서 다른 부모와 환경에서 자랐지만 DNA에 새겨진 형질이 같아서 어른으로 성장한 후에도 비슷한 성정을 가지고 있다는 것과 같다. 우주가 탄생할 때 서로 얽혀서 생성된 입자가 서로 우주의 반대쪽으로 달려가서 멀리 떨어져 있어도 실시간으로 연결되어 있다는 개념이다. 우주를 구성하는 모든 물질은 생성되면서 마치 쌍둥이 처럼 태어났다는 뜻이다. 그래서인지 동양 철학은 우주의 삼라만상이 음과 양의 조합이라고 정의한다. 음과 양은 서로 다르지만 결합되어 있다. 동양의 심오한 주역 사상이 서양의 양자 역학과 대화할 수 있는 지점이다. 중첩과 얽힘은 평행 우주와 아바타를 상상하게 만들어 주었고 상상은 현실의 영화로 구현되었다. 영화는 미래 세계를 보여주는 현재의 거울이다. 중첩과 얽힘을 이해하여야 양자 이론에 접근할 수 있다. 양자 컴퓨터는 0과 1이 서로 중첩되고 얽혀있는 성질을 오히려 필요로 한다. 그래서 0과 1을 비트(Bit) 단위로 정확히 분리하여 연산하는 디지털 컴퓨터와는 비교도 안되게 빠른 양자 컴퓨터의 실현이 가능하다. 이 책은 미시세계를 해석하는 양자 역학이라는 과학적 이론이 어떤 것인지를 설명하고, 양자 역학이 실제로 활용되는 기술의 하나로 양자 컴퓨터를 들면서 양자 컴퓨터의 기본 원리, 그동안의 개발 역사 등을 설명한다. 저자는 KAIST의 물리학과 교수로서 양자컴퓨터 분야의 국내 최고 권위자로 국내 최초로 병렬처리 양자컴퓨터를 개발해 주목을 받았다고 한다. 저자는 “양자 물리학은 공부해서 알 수는 있지만, 이해할 수는 없다.”는 묘한 말로 이 책을 시작한다. 미시세계의 양자적 현상은 물리적으로 관찰되고, 증명되고, 이론으로 정립되었지만 인간의 사고 방식으로는 도무지 이해할 수 없다는 뜻이다. 미시세계의 양자적 현상을 사람이 이해할 수 없다고 해서 이 현상이 여전히 가설이거나 오류가 있다는 뜻은 결코 아니다. 양자적 현상은 엄연히 우주 자연에 존재하는 과학적인 현상이다. 굳이 따지고 들자면 사람이 공부해도 이해 못하는 것에는 양자 물리 현상뿐만 아니라 거시세계에 있는 사람의 깊은 속마음도 그러하다. 아무리 공부해도 이해할 수 없다는 양자 이론에도 불구하고 어떻게 해서든지 독자에게 양자 이론을 알기 쉽게 전달하려는 저자의 눈물겨운 노력이 이 책의 곳곳에 담겨 있다. 그러함에도 불구하고 이 책에서 설명하는 양자컴퓨터 개념과 이론은 결코 쉽지 않다. |
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우리가 학교다닐 때 배웠던 물리학은, 양자물리가 나오면서 '고전'물리로 불리게 되었다. 양자의 세계에서는 기존 우리가 믿던 물리 법칙들이 적용되지 않았기 때문이다.
저자는 양자에 대한 이야기를 최대한 어렵지 않게 풀어간다. 심지어 재미있다. 미래 기술의 본질은 메타버스, NFT 따위가 아니라 양자컴퓨팅이다. 진짜 미래는 어떤 모습일지 이 책을 통해 인사이트를 얻어가길 바란다. |
| 물리학자가 아닌 일반인이 그것도 나이 먹은 사람이 읽으니 정말 어렵네요. 이야기의 줄거리는 양자의 발전과정과 이해를 목적으로 쓰여진 책이네요. 쉽게 설명하려는 작가의 의도가 보이나 물리학의 문외한이 읽고 이해하기는 어렵네요. 하지만 1번 읽어보면 다를 수도 있겠네요. |