*본 포스팅은 출판사로부터 도서를 제공받아 주관적으로 작성한 리뷰입니다.

21세기 첨단 기술 분야에서 가장 뜨거운 화두 중 하나는 바로 양자컴퓨팅이다. 그러나 이를 '혁명'이라고만 부르는 것은 과연 적절한 표현일까? 20세기 초 양자역학의 등장이 물리학계에 가져온 충격적 변화와 비교할 때, 현재 우리가 목격하고 있는 변화의 본질은 근본적으로 다른 성격을 띠고 있다. 20세기 초의 양자역학 탄생은 말 그대로 과학적 대혁명이었다. 뉴턴역학이 지배하던 기존의 세계관을 완전히 뒤엎고, 원자와 입자의 세계에서 일어나는 현상들을 설명하는 전혀 새로운 이론적 틀을 제시했다. 비트코인과 함께 많은 관심을 받고 있는 양자컴퓨터도 그 분야의 하나일 것이다. 이번에 이름은 익히 듣고 있으나 그 내용 측면에서 알지 못했던 양자 혁명에 대한 신가을 읽을 기회가 있었다. ＜세상을 뒤바꿀 새로운 양자 혁명＞이었다. 기존과는 또다른 대 혁명을 예고하는 양자 혁명에 대해 읽어보았다.

현대의 양자혁명은 기존의 과학적 혁명과는 무엇이 달라졌는가? 핵심은 '노하우'의 측면에 있다. 과학자들이 개별 입자를 정밀하게 조작하고 제어하는 방법을 터득한 것이다. 이전에는 자연 현상을 관찰하고 측정하는 데 그쳤다면, 이제는 원하는 현상을 의도적으로 만들어내고 조작할 수 있게 되었다. 이것이 바로 '제2차 양자혁명'의 핵심이다. 제1차 양자혁명과 제2차 양자혁명을 가르는 가장 중요한 차이점은 과학자들의 접근 방식에 있다. 과거에는 실험 장치가 자연 현상을 관찰하기 위한 도구에 불과했다. 과학자들은 이미 존재하는 현상을 측정하고 이해하려고 노력했다. 그러나 현재의 양자 기술 연구자들은 전혀 다른 접근을 취하고 있다. 그들은 더 이상 기존 현상을 측정하는 것에 만족하지 않는다. 대신 실험실에서 이전에는 존재하지 않았던 양자 현상들을 인위적으로 만들어낸다. 간섭 현상을 생성해 정밀한 가속도계를 개발하고, 얽힘 상태를 조작해 암호화 시스템을 구축하며, 중첩 상태를 활용해 컴퓨팅 시스템을 설계한다.

양자컴퓨터가 기존 컴퓨터와 근본적으로 다른 점은 정보를 처리하는 방식에 있다. 기존 컴퓨터는 '비트'라는 단위를 사용해 정보를 0 또는 1의 명확한 상태로만 표현할 수 있다. 반면 양자컴퓨터는 '큐비트'를 사용하며, 이는 양자역학의 독특한 성질인 '중첩' 현상 덕분에 0과 1을 동시에 나타낼 수 있다. 중첩 현상을 이해하기 위해서는 회전하는 동전의 비유가 유용하다. 공중에서 회전하는 동전은 착지하기 전까지 앞면과 뒷면의 상태를 동시에 갖는다고 볼 수 있다. 마찬가지로 큐비트는 측정하기 전까지 여러 상태의 확률적 조합으로 존재한다. 이러한 특성 덕분에 양자컴퓨터는 여러 가능성을 동시에 계산할 수 있는 엄청난 병렬처리 능력을 갖게 된다.

'얽힘'은 또 다른 핵심 개념이다. 두 개 이상의 큐비트가 얽힘 상태에 있으면, 이들은 물리적으로 멀리 떨어져 있어도 하나의 통합된 시스템처럼 행동한다. 한 큐비트의 상태를 측정하는 순간, 다른 큐비트의 상태도 즉시 결정된다. 이는 아인슈타인이 "유령 같은 원격작용"이라고 불렀던 현상으로, 양자컴퓨터의 연산 속도를 극적으로 향상시키는 핵심 메커니즘이다. 이러한 양자역학적 특성들을 조합하면, 양자컴퓨터는 특정 문제들에 대해 기존 컴퓨터로는 불가능한 속도로 해답을 찾아낼 수 있다. 특히 암호 해독, 최적화 문제, 분자 시뮬레이션 등의 영역에서 그 위력을 발휘할 것으로 기대된다.

* 네이버 책과 콩나무 카페 서평단 자격으로 작성한 주관적인 리뷰입니다.

매번 새로운 좌절을 안겨주는 다양한 양자역학 관련 교양서들을 읽으면서 아주 느리지만 양자역학이 무엇인지를 조금씩 알게 되는 것 같다.

이러한 양자역학의 과실이 스마트폰부터 GPS에 이르기까지 우리의 삶에 깊이 관여해 있다는 사실도 이제는 조금씩 알아가고 있다. 

이 책은 일반적인 교양서들처럼 양자역학에 대한 쉬운 해설서가 아니라 지금까지도 활발한 논란이 이어지고 있는 양자컴퓨터라는 녀석을 주로 다루고 있다.

대체 양자컴퓨터는 무엇이고, 어떻게 만들 수 있으며 왜 그토록 많은 국가와 기업들에서 이를 만들기 위해 노력하고 있는지를 설명해 준다고 해서 읽어보게 되었다. 

사실 양자컴퓨터에 관해서는 일반 컴퓨터를 대체하는 용도가 아니라 양자컴퓨터가 잘할 수 있는 영역이 있고, 진짜 컴퓨터라고 부를 수 있을 수준에 이르기에는 아직 멀었다 정도로 간략하게만 알고 있었다.

물론 이 부분도 사실이고, 그 영역의 대표적인 것이 바로 소인수분해를 활용한 암호 체계를 무력화하는 것이라는 점도 이 책에서 소개되고 있다.

하지만 양자컴퓨터는 아직 그 자체에 대한 필요성을 증명하기보다는 이를 만들기 위해 개발된 기술들이 다른 영역과 결합하면서 더 좋은 성과를 올리고 있다. 

그중 인상적이었던 성과가 바로 의학과의 결합이었다. 

양자컴퓨터라는 목표점은 하나지만 그곳에 도달하는 방법에는 차이가 있다는 점도 새롭게 알게 되었다. 

책에는 현재까지 양자컴퓨터의 기본 단위인 큐비트를 만들기 위해 시도하고 있는 여러 방법들이 소개되어 있다. 

가장 먼저 시도된 것은 이온을 이용하는 방법이었지만, 대중들에게 가장 많이 알려져 있는 방법은 최근에도 이슈가 된 바 있었던 초전도체를 이용한 방법일 것이다.

이 두 방법 이외에도 광자를 이용한 방법과 실리콘 반도체를 이용한 방법까지 상세히 소개되고 있지만, 어떤 방법이든 간에 지금까지 컴퓨터라고 부를 수 있을법한 수준에 도달한 방법은 없다는 것이 결론이다. 

물론 이 분야에 엄청나게 많은 학자들과 자원이 투입되고 있고, 사람들의 기대도 큰 것이 사실이기에 시간이 지나면서 점차 더 인상적인 성과들이 발표될 것이다.

과학의 발전은 곧 새로운 무기가 되기에 여러 나라에서 사활을 걸고 뛰어들고 있고, 이 때문에 같은 국가 내에서도 기업과 정부, 기업과 기업이 누가 먼저 경지에 도달하느냐를 두고 경쟁하고 있다. 

때문에 그만큼 비현실적인 기대도 많다는 것을 저자는 우려하고 있다.

양자컴퓨터가 만들어진다고 해도 그 이름이 주는 이미지처럼 우리가 마주한 모든 문제를 해결해 주지는 못한다는 말이다. 

하지만 이 분야의 유망함과 무궁무진한 가능성에 대해서는 저자도 긍정하고 있다.

방정식으로만 이해하던 양자 세계를 현실로 불러오기 위한 인류의 호기심은 여기서 멈추지 않을 것이기 때문이다.

마지막으로 이 책이 비전문가에게도 쉬웠는지를 언급하고 싶다.

솔직히 꽤 어렵게 읽었다. 

스핀이니, 중첩이니, 결맞음이니 하는 용어들에 제법 익숙하다고 생각했고 저자가 소개하는 큐비트 제작 과정에 그림까지 자세히 나와있음에도 정확히 어떤 원리인지까지는 제대로 파악하기가 어려웠다. 

이 역시 좀 더 정보를 쌓아감에 따라 발전이 있기를 기대하는 정도로 만족해야 할 것 같다.