#최소한의양자컴퓨터 #부키출판사 #양자컴퓨터 #후지이게이스케 #ai 

《최소한의 양자컴퓨터》는 제목처럼 '최소한'만 알아도 충분하다고 말을 건네는 책이다. 목차에는 수식 대신 "세상을 구성하는 것", "신은 주사위를 던지지 않는다" 같은 질문이 줄지어 있다. 양자역학 100년의 역사가 곧 "세상은 정말 우연으로 움직이는가"를 묻는 이야기라는 점이 문과생에게는 오히려 반갑다.

가장 인상적이었던 대목은 제2장의 양자 화폐다. 양자컴퓨터의 출발점이 계산이 아니라 위조할 수 없는 돈이었다는 사실이 의외였다. 오른쪽에서 보면 흰색, 왼쪽에서 보면 검은색이 되는 카멜레온 비유 덕분에, 정답을 아는 은행만 진짜를 가려내고 어설프게 들여다본 위조범은 상태를 깨뜨리고 만다는 원리가 단번에 이해됐다. 커피는 저절로 다시 데워지지 않는다는 일상의 예로 '되돌릴 수 있는 계산'을 설명하는 방식도 쉬웠다. 자석의 작은 움직임에서 AI의 기억 모델이 나왔다는 이야기까지, 서로 다른 분야의 고민이 한 줄기로 모이는 과정을 따라가는 재미가 있다.

이 책이 좋은 이유는 양자컴퓨터를 먼 미래의 기술이 아니라 우리 삶과 이어진 이야기로 보여주기 때문이다. 목차만 봐도 암호와 신용카드 결제, 블록체인, 기계 번역, 게임까지 일상의 주제들이 이어지고, 엔비디아와 구글, IBM이 등장하는 장에서는 기술 경쟁이 곧 사회의 이야기임을 느끼게 한다. 양자컴퓨터가 낯설어 선뜻 손이 가지 않았던 사람에게, 이 책은 가장 부담 없는 첫 번째 안내서가 되어줄 것 같다.

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＜최소한의 양자컴퓨터 - 수식 없이 단숨에 이해하는＞ 후지이 게이스케, 부키

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연구실에서 인공지능 모델을 만들고 학습하고 추론시키느라 GPU와 연산 자원을 다루다 보면 자연스럽게 ‘양자컴퓨터’라는 다음 단계의 기술에 관심이 갈 수 밖에 없다. 뉴스에 오르내리는 막연한 기대감 섞인 환상 말고, 지금 이 기술이 정말, 진짜로 어디까지 와 있는지 늘 궁금했다. 그래서 이 책, 『최소한의 양자컴퓨터』 서평단에 당첨되었을 때 무척 기뻤다. 설레는 마음으로 이 책을 펼쳐 든 것도 바로 그 궁금증과 기대 때문이었다.

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의외로 이 책에서 가장 흥미로웠던 대목은 양자컴퓨터라는 기술 바탕에 깔린 물리학의 역사였다. "신은 주사위 놀이를 하지 않는다"라며 양자역학을 부정했던 아인슈타인의 고뇌에 관한 이야기도 (이미 알고는 있지만) 새삼 재밌게 읽었고, 관측하기 전에는 상태를 단정할 수 없다는 양자역학의 기묘함은 다시봐도 신기했다. 백 년 전 천재들도 납득하기 어려워했던 세계를 몇 장의 글로 단숨에 이해하려던 생각부터 내려놓게 됐다. '수식 없이 설명한다'는 약속은 지켰지만 수식이 없다고 개념의 무게까지 가벼워지는 건 아니었다. 그래도 여러 하드웨어 방식과 기업들의 줄다리기를 보며, 양자컴퓨터가 완성된 기계가 아니라 서로 다른 길을 치열하게 시험 중인 '진행형 기술'이라는 점은 분명히 와닿았다.

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양자 오류에 관한 이야기도 재밌었다. 압도적인 계산 속도에 혹하다가도, 외부의 작은 간섭에도 맥없이 흐트러지는 양자 상태의 불안정성이 있다는 사실을 알게 되니 생각이 무척 복잡해졌다. AI 모델을 학습시키다 보면 성능 지표 몇 퍼센트 오른 것에 들뜨다가도, 정작 데이터 자체의 불확실성에 머쓱해질 때가 꽤나 있다. 결국 연산이 얼마나 빠르게 이루어질 지를 기대하기 이전에 결과를 얼마나 믿을 수 있는가가 핵심이라는 점은 두 분야가 묘하게 닮은 것 같기도 하다. 

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쉽게 쓰인 책인 건 맞지만 역시 이 책을 다 읽었다고 해서 양자컴퓨터를 남에게 술술 설명할만큼의 지식이 쌓였다고는 자신할 수 없다. 다만 앞으로 누군가 "AI 다음은 무조건 양자컴퓨터!"라고 외칠 때 예전처럼 "그치 그치!"하며 동의하기만 할 것 같지는 않다. "그래서 어떤 문제를, 어느 정도의 오류와 비용으로 풀 수 있는가"라는 질문을 되물어볼 안목을 이 책을 통해 기를 수 있었으니 말이다. 앞으로 눈부시게 발전할 미래 기술이 무척이나 궁금하다. 그 중심에 있을 양자 컴퓨터가 빠르게 발전하면 좋겠다! 하지만 한편으로는 미래 기술에 대해 그 효용 가치를 섣불리 단정하기보다, 훨씬 더 구체적인 질문을 품게 해준 책이라 더욱 좋았던 것 같다.

* 이 책은 부키(@bookie_pub)로부터 제공받았습니다. 이 글은 보내주신 책을 탐독 후 주관적으로 작성된 서평입니다.

#최소한의양자컴퓨터 #후지이게이스케 #부키 #양자컴퓨터 #서평단

『수식 없이 단숨에 이해하는 최소한의 양자컴퓨터』는 교토대학교 대학원 정보학연구과 후지이 게이스케 교수가 쓴 양자컴퓨터 입문서이다. 이 책에서는 양자역학 100년의 역사와 그 속에서 태어난 양자컴퓨터의 전체적인 모습, 양자컴퓨터 실용화와 미래의 응용 분야를 담고 있다. 

이 책에 대한 본격적인 독후감을 풀어쓰기 전에 먼저 이 책의 알찬 구성과 훌륭한 편집부터 언급하고 싶다. 본문과 참고 문헌 외에 양자컴퓨터 연표, 양자 핵심 용어집, 탐구 자료 소개, 양자 여담이 실려 있다. 연표와 용어 해설은 새롭거나 난해한 분야의 개론서를 공부하는 마음으로 읽는 독자들에겐 훌륭한 보조 교사의 역할을 해준다. 본문에도 각종 도표, 그림 등이 가득하다. 책이라는 경이로운 물건이 가진 모든 면을 사랑하는 독자로서 이 책의 편집에 얼마나 많은 노력이 들어갔을까라는 생각이 들었다.

과거에 어떤 예능 프로그램을 본 적이 있다. 전국에서 가장 똑똑하다는 수재들이 모인 대학의 수학과 강의였다. 교수님이 칠판 한가득 수식을 적어놓고 학생들에게 설명을 하는데, 학생들 모두 표정이 하나같이 입을 벌리고 멍한 - 내가 양자역학 입문서를 읽을 때와 꼭 닮은 표정이었다 - 표정을 짓고 있었다. 그랬더니 교수님이 학생들에게 "이해하려 하지 마세요. 그냥 믿으세요!"라고 말했다. 그래 미시의 세계를 다루고 있는 양자역학의 세계에서 이해하려는 시도 따위는 버리자. 전자의 이중 슬릿 실험을 이해하려 하지 말자. 그냥 믿자.

지은이가 1학년생이 듣는 입문 수업에서 전자의 이중 슬릿 실험을 설명할 때 반드시 나오는 질문이 있다고 한다.

라고 말이다. 만약 이런 의문을 품은 독자라면 양자역학 연구자에 적합할지도 모른다고 한다. 나는 이 문장을 읽은 뒤 옆에 '저는 적합하지 않나 봅니다.'라고 써두었다. 

위 질문에 대한 답은 "전자가 어디에 있는지 계속 관측하면 간섭무늬는 사라지고 만다."이다. 즉 전자의 위치를 시시각각 추적하는 상황에서는 간섭무늬가 생기지 않는데, 바로 여기에 양자 역학의 본질이 있다.

이제 나는 이해하려는 시도는 버렸고 그냥 외우게 된 양자 역학의 본질에 대해 잠시 언급해 보자. 고전역학의 세계, 즉 우리가 익숙한 세계에서는 우리가 관측을 하든 안 하든 달은 지구 주위를 돌고 사과를 떨어뜨리면 낙하한다. 하지만 양자역학의 세계에서는 관측함으로써 관심 있는 대상에 영향을 주고 만다. 즉 우리가 관측했기 때문에 그 결과가 달라진다. 처음 들었을 땐 도대체 이게 말이 돼?(고전역학의 나라에 살고 있는 백성에서)라고 반응했지만 하도 어려번 듣다 보니 그냥 믿기로 했다.(양자역학의 나라로 이민을 가고 싶은 백성으로)

미시 세계는 우리가 일상에서  체감하는 거시적인 고전적 세계와 다르며 관측자 자체가 게임 속으로 들어가는 메커니즘이다. 들으면서도 귀를 의심하게 되는 미시 세계에 대한 양자역학적 이해는 현대 기술을 지탱하는 수많은 혁신으로 이어졌다.  챗GPT나 제미나이 같은 생성형 AI를 학습시키는 데 없어서는 안 될 존재가 된 GPU 역시 양자역학의 원리를 이용하는 장치이다.

전두엽을 풀가동해서 이 책을 열심히 읽었지만, 만약 이 책의 내용으로 쪽지 시험을 친다면 100점 받을 자신은 없다. 이 책의 1부 ＜양자역학 100년사＞를 읽을 때도, 2부부터 본격적으로 펼쳐지는 양자혁명과 양자컴퓨터, 양자를 활용한 산업분야에 대해 읽을 때도 나는 종종 헤맸다. 

지은이에 따르면 양자컴퓨터의 메커니즘은 고등학교 수준의 수학인 삼각함수, 벡터, 복소수, 확률로 완전히 이해할 수 있다고 한다. 나는 중학교 때부터 수포자였으니 양자컴퓨터 메커니즘을 이해하고 싶다면 수학 공부를 새로 시작해야 할 판이다.

양자컴퓨터의 메커니즘을 조금 이해하고 싶은 독자로서, 공상과학 영화보다 더 재미있는 양자가 지배하는 미시세계를 구경하고 싶은 독자로서, 이런 책을 읽으면 꼭 드는 생각이 있다. 우리 인간동물은 얼마나 경이로운 존재인가? 사회과학 분야의 책을 읽을 때와는 완전히 다른 기분에 휩싸인다.

👤막스 플랑크는 '빛의 강도가 연속적인 값을 가진다'라는 상식을 버리고 '전자기파는 아주 작은 에너지를 지닌 알갱이의 모임이기 때문에 그 에너지는 하나, 둘과 같이 떨어진 단위(이산적인 단위)로만 변화한다'라며 '에너지 양자 가설'을 제창했다.

👤에르빈 슈뢰딩거는 미시 세계에서는 입자가 어떤 좌표의 한 점에 존재하는 것이 아니라 공간이 펴져 있는 '중첩 상태'로 존재한다고 주장했다. 

👤앨린 튜링은 처음부터 0인지 1인지 명확하게 구별할 수 없는 숫자를 사용해 계산하는 편이 안정적으로 처리할 수 있다고 생각해 디지털 계산기의 타당성을 입증했다. 

이런 경이로운 사고들을 했던 수많은 과학자들과 공학자들과 그들의 곁에서 또는 조금 멀리서 그들의 연구와 실험을 가능케 도왔던 무수히 많은 사람들 덕분에 우리는 이해는 하지 못할지언정 매일매일 양자역학의 혜택을 누리며 살아간다.

이 모든 경이로움을 글로 읽을 수 있는 지금 이 순간이 너무나 행복할 따름이다.

* 출판사 제공 도서를 읽고 쓴 리뷰입니다.



서평단 활동으로 작성하였습니다.

각종 양자컴퓨터 관련 교수이자 박사이자 고문인 저자의 양자컴퓨터에 관한 수식을 활용하지 않은 아주 쉽게? 풀어 쓴 책이다. 교양서라고도 볼 수 있다. 양자컴퓨터에 관한 지식이 많은 사람보다는 초보들을 향하고 있고, 여전히 양자역학을 이애하기 어려운 사람들을 겨냥하고 있다. 일단 그래서 눈에 보이는 어지러운 수식과 숫자를 최대한 생략한 교양서이다. 간단히 역사를 정리하고 현재 어디까지 왔는지 특히 양자컴퓨터 세계의 현황까지 다룬 책이다.

그래도 부족하다고 생각했는지 설명적인 삽화들과 도표들을 대거 투입하고 따로 명칭 정리도 해놨다. 그럼에도 부족할까봐 살짝 수식을 섞어 설명하는 부록도 만들어두고, 관련 스타트업이나 나라별 개발 상황, 역사의 흔적까지도 구분해서 다뤄놨다. 정말 여러각도로 설명하고도 관심을 가질 수 있도록 배려한 배치로 여겨진다. AI 다음에는 양자컴퓨터나 휴머노이드 시대가 확실한 상황에서 어떻게든 양자컴퓨터에 쉽게 접근하고 마주할 수 있도록 한 것 같다. 정확히는 몰라도 알아야 되는 양자컴퓨터의 시대가 그만큼 얼마 안남았다는 반증일지도 모르겠다.

**아무리 읽어도, 수식과 수학을 빼도 여전히 양자역학은 두루뭉실하게 이해된다.

***완전히 이해하기도 어렵고 어려운 부분이 계속 산재한 개념이다.

****확실히 일본 과학자가 썼기에 일본 중심적인 면모가 있다.

*****은근히 한국의 요소들은 간과하거나 생략된 것 같다.

******한국의 양자컴퓨터는 이온 트랩 방식으로 서울대 연구실에서 2029년 129비트급 양자컴퓨터 출시를 계획하고 있다.

*******연세대 국제캠퍼스에는 2024년 11월 설치된 IBM퀀텀시스템원의 127비트 규모의 양자컴퓨터가 있다. 극저온 희석 냉동기 방식이라고 한다.

********슈뢰딩거의 고양이가 표지에서부터 반겨준다. 마치 쉽다는 식으로.

*********사실 따로 있는 개념이 아니라 이미 세상이 존재하고 돌아가는 영역중에 양자영역이 있는 것이다.

**********거시세계와 다른 미시세계의 작동방식인 것이다. 

***********따지고 보면 우리가 생각하는 것도 양자역학으로 이뤄지고 있다.

************무엇을 먹을지 고민할때 아무거나라는 답변은 중첩상태일지도 모른다.

*************AI의 한축에 에너지인 소형 핵원자로나 핵융합이 포함되어 있는데 양자컴퓨팅도 알게 모르게 연결되어 있다.

**************AI처럼 급물살을 탈 가능성이 높다고 생각된다.

***************AI가지고도 해킹 이야기들이 심심찮게 들리는데 양자컴퓨터 시대가 온다면 더 할 것 같다.

****************그때쯤이면 완전한 우주의 시대와 새로운 패러다임으로 넘어갈지 모른다는 생각도 든다.

*****************단순하게 말하자면 더 좋은 계산기가 생긴다는 건데 그럴수록 인간이 불가능하다는 영역이 개척될 것이다.

******************탈모나 암, 죽음이 완전히 해결될지도 모른다.

*******************물론 언제나 기대는 과장에 있기에 현실은 그것보다 늦을수도 있다.

********************지금도 AI로 천지개벽할 것처럼 말하지만 벌써 그런 AI가 나온지 3년이 지났다.

*********************생각만큼 천지개벽하지는 않았다.

**********************뭐든지 인간이 받아들이고 그게 대부분이 되는데는 약 10년 가까이 걸리는 듯 하다.

***********************더 쉬운 기술이고 자원이나 자본이 덜 들어가면 더 빨리 걸리겠지만 생각보다 자원과 자본을 많이 잡아먹기에.

************************AI도 결국 은근히 데이터센터에 발목 잡히지 않나.

*************************에러문제는 간과하기 쉬운데 영원한 난제일 것 같다.

**************************고장나지 않고 돌아가는 절대적인 것은 없다.

***************************당장 자연이나 우주만 봐도 고장나거나 에러가 생겨서 돌연변이가 탄생하지 않나.

****************************우리가 AI나 휴머노이드에 기대하는 과장중에 하나는 이 에러없음도 포함된다.

*****************************에러는 항상 조금은 있을 것이고 이에 대한 대처도 필요하다.

******************************그 중에 가시적인 에러가 할루시네이션이다.

*******************************사실 인간도 따지고 보면 실수를 하지 않나. 완벽한건 실수를 안 하는 것이 아니라 실수를 아주 조금 하는데 그걸 만회하려는 쪽에 가까울지도 모른다.

********************************예술계에서도 완벽한 것은 완성이 아니라 미완성에 있다.

*********************************물론 이때 진짜 미완성이 아니라 그 개념에 있다.

**********************************그래서 결국 사람과 사람성은 계속 필요해 질 것이다.

***********************************먼 미래에는 아날로그가 오히려 보안체계나 중요한 작동체계가 될지도 모른다.

************************************희소성이 높아지는데다 경험이 적어지니까.

*************************************디지털 자료가 해킹 당하지 않는 유일한 방법은 아날로그로 만들어 두고 어딘가에 보관하는 것이다.

**************************************그래선지 지금 열심히 AI업체들이 헌책방을 뒤져 모든 자료를 스캔하려 드는 것 같다.

***************************************아날로그로만 남아 있는 책들은 더 귀해질 것이다.

****************************************아직도 생각보다 많은 자료들이 아날로그로 남아있다.

*****************************************텍스트는 스캔이라도 가능하지만 불가능한 방식도 있다.

******************************************AI시대 이후에 태어난 사람들은 모든 인생을 AI가 알고 있을 가능성도 높다.

*******************************************그만큼 많은 것을 점점 더 많이 데이터화 하고 AI가 이걸 알게 될 것이다.

********************************************양자시대에는 그것이 퀀텀 점프하면서 더해질 것이다.

*********************************************그래서 판옵티콘 우려가 나오는 것이다. 권력자가 더 무서워질 수 있다.

**********************************************미래에는 그래서 하나에만 강한 권력이나 결정권을 주기보다 분산할지도 모르겠다.

***********************************************아무리 완벽해 보여도 불완전한 인간이나 하나가 많은 것을 망칠 수 있으니까.

************************************************양자컴퓨터로 메타 시대가 다시 올지도 모른다. 메타버스 말이다.

*************************************************가상 시뮬레이션이 더 강화될수도 있다.

**************************************************AI시대보다 더 무서운 시대가 될 것이다. 체감상.

***************************************************양자역학을 완전히 몰라도 대강 돌아가는데도 세상을 움직이고 있다.

****************************************************블랙홀뿐만 아니라 타임머신도 해결될지도 모르겠다.

*****************************************************미래에는 미시 세계에 답이 있을지도 모른다.

##인상적인 문구들##

##양자역학이 탄생한 지 100년이 지났다. 지금 우리는 양자의 불가사의를 받아들이고 이를 제어해 응용하는 시대에 접어들고 있다.

##양자컴퓨터의 응용은 식량, 에너지, 신약 개발에만 머물지 않는다. 전기자동차에 필수적인 리튬 이온 배터리의 성능 개선, 꿈의 에너지인 핵융합을 위한 재료 설계 등 그 가능성은 무한히 펼쳐져 있다. 양자컴퓨터는 어떻게 이토록 폭넓게 쓰일 수 있을까? ~우리 자연계를 지배하는 물리 법칙 그 자체가 양자역학이기 때문이다. 그리고 자연을 자연의 언어인 양자역학의 원리로 계산하는 기계가 양자컴퓨터다.

##입자와 파동의 성질을 함께 지닌 것을 '양자'라고 한다. 그리고 이런 이중성을 기반으로 미시 세계를 통일적으로 설명하는 자연계의 가장 기본적인 물리법칙이 '양자역학'이다.~최근에는 양자역학을 따르는 미시적인 대상을 양자라고 부른다.~온도를 지닌 모든 물질은 전자기파를 방출한다. 심지어 우리 몸에서도 눈에 보이지 않을 정도로 긴 파장의 전자기파인 원적외선이 방출되고 있다.

##불의 열에너지를 흡수해 에너지가 높아진 전자는 그 상태 그대로 머물 수 없으므로 에너지가 낮은 상태로 돌아가려고 한다. 그 과정에서 남은 에너지를 빛(전자기파)으로 방출한다.

##알기 쉽게 말하면, 뉴턴 방정식으로는 '지금 눈앞에 있는 사과가 다음 순간 어디로 떨어질지'를 알 수 있고, 하이젠베르크 방정식으로는 '전자의 위치와 움직임의 관계성 정보를 통해 다음 순간 어떻게 변화할지'를 알 수 있다. 뉴턴 방정식은 직접 눈으로 볼 수 있는 세계에서 사용하고, 하이젠베르크 방정식은 미시적인 양자의 세계에서 사용하게 되었다.

##미시 세계에서는 입자가 어떤 좌표의 한점에 존재하는 것이 아니라 공간에 퍼져있는 '중첩 상태'로 존재한다는 것이다. 이런 중첩 상태를 표현하기 위해 입자가 퍼져 있는 분포를 나타내는 슈뢰딩거 방정식이라는 규칙에 따라 변화하며 입자는 파동으로서의 성질을 가지게 된다.

##양자역학을 이해하는 데 있어 '무작위'라는 개념은 중요하다. ~양자역학에서의 무작위는 원리적으로 누구도 예측할 수 없고 결과가 정해져 있지 않은 상황을 의미한다.~중첩이 어떤 상태인지 알기 위해 관측하면 그 중첩은 풀리고 마는 것이다. 따라서 중첩되어 있다고 가정하고, 그 결과 발생하는 간섭을 관측함으로써 중첩되어 있었다는 사실을 받아들일 수밖에 없다. 이것이 양자역학의 직관적인 이해를 어렵게 만드는 점이다.

##공유결합은 전자가 고전적인 입자가 아니라 양자역학적인 중첩을 지녔기 때문에 나타난 결과다.~위상이 일치된 파동은 멀리 전해져도 파동의 형태가 고르게 유지되기 쉬우며 먼 곳까지 직진하는 빛을 만들 수 있다.~레이저가 지닌 높은 간섭성은 전자나 원자와 같이 양자역학을 따르는 미시 세계를 조직하고 상태를 관측하기 위한 '손'이나 '눈'으로서 빼놓을 수 없는 존재가 되었다.

##'아토'란 밀리나 마이크로처럼 단위 앞에 붙이는 접두어로, '100경분의 1'이라는 의미다. 1초에 지구를 일곱 바퀴 반을 도는 빛조차 아토초 동안 나아가는 거리는 수십에서 수백 아토초라는 아주 짧은 순간의 빛을 만드는 기술로, 양자역학이 지배하는 미시 세계의 변화를 보고 제어하는 데 중요한 열쇠가 된다.

##셔터 속도를 짧게 해야 하는 것처럼, 레이저의 펄스 폭이 짧으면 짧을수록 고속으로 일어나는 변화를 관찰할 수 있다.

~양자역학은 실재성을 충족하지 않는 것처럼 보인다. 하지만 우리가 자연계를 충분히 이해하지 못해서일 뿐 우리가 아직 모르는 실재 요소인 '숨은 변수'를 발견함으로써 양자역학을 업데이트한 이론 ('초양자역학'이라고 부르기로 하자)을 만들 수 있을지도 모른다.

##양자역학 연구가 본격적으로 시작된 1980년대 전야, 뜻밖의 분야에서 양자역학을 이용한 연구가 은밀하게 진행되고 있었다. 1970년대에 컬럼비아 대학교의 대학원생 스티븐 위즈너(1942~2022)는 양자역학의 원리를 이용한 위조 불가능한 돈인 '양자 화폐'를 제안했다.~양자 상태는 완벽한 복사본을 만드는 것이 불가능하다.~이 아이디어를 발굴해서 '양자 암호'라는 분야를 개척했다.

##제프리 힌턴은~이징 모델이 온도의 영향을 받는 성질을 이용해 데이터를 학습시키는 '볼츠만 머신'을 1985년에 제안했다. 이 제안은 훗날 딥 뉴럴 네트워크 연구의 발전으로 이어졌다.~양자비트는 이처럼 0과 1의 중첩으로서 정보를 나타내는 방식을 양자역학의 세계까지 확장한 개념이다.

##이중 슬릿 실험에서 봤듯이 양자역학 세계의 간섭을 이용해 가능성을 변화시킴으로써 특정 패턴의 가능성을 강화하는 것이 가능하다. 이처럼 모든 가능성을 하나하나 시도하지 않기 때문에 압도적으로 적은 횟수로 답을 찾아낼 수 있다.~패턴의 수는 폭발적으로 늘어나기 때문에 양자컴퓨터는 고전 컴퓨터보다 훨씬 빠르게 계산할 수 있다.

##양자컴퓨터나 조합 최적화 문제에 특화된 양자 어닐링 머신이 폭발적인 위력을 발휘할 애플리케이션을 찾아낸다면 제2의 엔비디아가 탄생할 것이다.~우리가 평소 사용하는 고전 컴퓨터에는 '조건 분기'라는 처리가 있다.~이런 조건 분기 처리가 양자컴퓨터에도 존재한다.~양자컴퓨터의 조건 분기는 고전 컴퓨터처럼 0과 1을 결정하고 나서 분기하는 것이 아니라 0과 1을 중첩한 상태로 분기한다.

##존 프레스킬이 한 국제회의에서 'NISQ_{Noisy Intermedi-ate-Scale Quantum}'라는 키워드를 제시했다. 이는 현재 실용화를 향한 중간 단계에 있는 양자 기술을 가리키는 말로, NISQ컴퓨터는 양자비트가 수십에서 수백 개 정도이며 오류를 수정하는 시스템(양자 오류 정정)이 갖춰지지 않은 양자컴퓨터, 즉 현재 구현된 규모의 양자컴퓨터를 총칭한다.

##현재 양자컴퓨터의 성능으로는 암호 해독 단계에 이르지 못했기 때문이다. 앞서 언급한 구글 연구팀의 추산에 따르면 2048비트 수의 소인수분해에는 2000만 양자비트 규모의 양자컴퓨터로 8시간 정도 걸릴 것으로 예상된다. 현재 완성된 양자컴퓨터는 기껏해야 100양자비트 규모~낙관적으로 봐도 10년이 걸릴 것이며, 많은 연구자가 20년은 걸릴 것으로 예상한다.

##양자컴퓨터는 어떤 양자 게이트를 작동시킬지 사용자가 자유롭게 선택해 프로그램할 수 있다. 그리고 선택한 양자 게이트를 작용시키면 어떤 비트 열이 어느 정도의 확률로 측정될지 벡터와 행렬이라는 명확한 수학 용어로 예측할 수 있다.~구글의 발표 이후 연구자들은 슈퍼컴퓨터의 성능을 시험하면서 '얼마나 빠르게 양자컴퓨터의 움직임을 시뮬레이션 할 수 있는가'를 조사하기 시작했다. 이런 흐름은 시뮬레이션 기술의 발전으로 이어졌다.

##최근 몇 년간 슈퍼컴퓨터 개발에서 두각을 드러내고 있는 국가는 중국이다. 2022년 슈퍼컴퓨터 상위 500위 순위에는 중국의 슈퍼컴퓨터가 173대나 진입했다. 이는 미국의 127대를 넘어선 최다 기록이다.~냉동기 한 대에 들어가는 양자컴퓨터(수십 킬로와트와 슈퍼컴퓨터(수십 메가와트)는 소비 전력이 1000배나 차이 난다고 한다.

##양자 우월성은 통과점에 불과하다. 의미 있는 계산으로 고전 컴퓨터 대비 우위를 겨루는 양자 우위성을 마일스톤으로 삼는 다음 시대로 돌입하는 것이다.~챗GPT로 대표되는 생성형 AI 덕분에 인식하게 되었듯이, 슈퍼컴퓨터나 양자컴퓨터 등의 계산 능력을 보유하는 것은 석유나 광물 등과 더불어 경제력이나 군사력에 큰 영향을 미치는 '계산 자원'을 확보하는 것을 의미한다.~일본은 2023년 3월에 미국과 중국에 이어 50양자비트를 넘어서는 양자컴퓨터를 완성했다.

##NISQ컴퓨터는 앞으로 더 많은 양자비트를 구현하기 위한 통과점에 불과하며, 전 세계는 100만 양자비트를 초과하는 대규모의 '오류 정정 기능을 갖춘 결함 허용 양자컴퓨터'를 최종 목표로 삼는다.~양자컴퓨터라고 한마디로 표현해도 그 안에는 다양한 기술이 포함된다. 칩의 재질이나 제조 방법, 배선 방법, 제어 방법, 소프트웨어, 알고리즘 등으로 모든 면에서 기존 컴퓨터와 다르다. 지금까지 수십 년간 투자하며 발전시켜 온 컴퓨터를 제로 상태에서 다시 만들 절호의 게임 체인지 기회다.

##양자컴퓨터의 구현 방법으로는 크게 다섯 가지 방식이 있다. 초전도 양자비트 방식, 이온 트랩 방식, 냉각 중성 원자 방식, 반도체 양자비트 방식, 광 방식이다.~초전도 양자비트 방식은 구글과 IBM이 견인하고, 일본에서는 후지쯔가 참전하고 있다.

##핀란드의 아이큐엠IQM 퀀텀 컴퓨터스나 영국의 옥스퍼드 퀀텀 서킷OQC등 초전도 양자비트 방식에 뛰어든 스타트업이 많다. OQC는 도쿄에 있는 에퀴닉스Equinix의 데이터센터에 자체 개발한 양자컴퓨터 '토시코Toshiko'를 설치했다. 참고로 이 양자컴퓨터의 이름은 해외(프랑스)에서 활약한 일본 최초의 여성 물리학자 유아사 토시코의 이름에서 따왔다.

##양자컴퓨터 자체는 대부분 정부가 국가 연구소 등의 예산으로만 구매한다.~초전도 양자비트 방식 다음으로 연구자가 많은 방식이 이온 트랩 방식이다. 이온 트랩은 진공 상태에서 전기의 힘을 이용해 이온을 포획하는 기술이다.~이 기술은 정밀한 시계, 시간 표준 기술로서 예전부터 연구해 온 역사가 있어 계산 정밀도가 높기로 정평이 나 있다.

##이온 트랩 방식의 양자컴퓨터를 개발하는 미국의 아이온큐IonQ는 2021년 뉴욕 증권거래소에 상장했다.~스위스의 아이디 퀀티크ID Quantique~미국의 하니웰Honeywell~퀀티넘Quantinuum을 설립했다. ~퀀티넘은 이온 트랩 방식으로는 최대 규모인 56양자비트 양자컴퓨터 개발에 성공했다.~이온 트랩 방식의 약점은 한곳에 포획할 수 있는 이온의 수, 즉 양자비트 수에 한계가 있다는 점이다.

##2023년에 들어서며 급격히 존재감을 드러낸 것이 냉각 중성 원자 방식이다. 이온 트랩 방식과 마찬가지로 진공 상태에서 원자를 포획해 양자비트로 사용하지만 전기적으로 중성인 원자를 빛으로 포획한다. 이 방식은 수천 개의 원자라는 대규모 양자비트를 포획한 실적이 있다.

##냉각 중성 원자 방식은 미국의 스타트업 큐에라 컴퓨팅과 하버드 대학교·메사추세츠 공과대학교 연합이 280양자비트의 양자컴퓨터로 데모를 발표하면서, 단숨에 양자컴퓨터 개발 방식의 선두 그룹에 합류햇다. 일본에서는 산업 기술종합연구소에 있는 양자·AI 융합 기술 비즈니스 개발 글로벌 연구 센터에서 큐에라 컴퓨팅의 양자컴퓨터를 65억 엔(약 568억 원에 구매해 2025년 중에 가동할 예정이다.~프랑스의 파스칼, 독일의 플랑크, 미국의 아톰 컴퓨팅, 콜로라도 대학교에서 출발한 인플렉션 등 자수의 스타트업이 등장하고 있다.~일본에서는 나노파이버 퀀텀테크놀로지스가 와세다 대학교에서~창업해 운영 중이다. 

##반도체 양자비트 방식은 양자비트 수에서는 뒤처져 있지만 미국의 인텔이 12양지비트 칩셋을 연구자용으로 제공하는 등 활기를 띠고 있다.~기술적인 돌파구가 일어난다면 단숨에 개발이 진전될 가능성을 품고 있다.~반도체 칩 안에 전자를 가두고 이를 양자비트로 사용한다. 반도체 칩 안에는 '양자 점(컨텀 도트)'이라는 전기로 만든 홈이 있으며 그곳에 전자를 가두는 원리다.~그 밖에도 영국의 컨텀 모션, 호주의 디랙, 실리콘 퀀텀 컴퓨팅 등의 스타트업도 참전하고 있다.

##광 방식의 양자컴퓨터~빛 자체가 양자비트가 된다. 계산에 빛 덩어리를 사용하는 것이다. 광 방식은 광자 하나하나를 양자비트로 사용하는 방식과 연속적인 펄스에 양자비트를 심는 방식으로 나뉜다. 두 방식 모두 기술적인 과제가 남아 있지만, 구현한다면 시간을 조절해 빛을 발생시킴으로써 양자비트 수를 늘릴 수 있다.~지금까지 축적해 온 광통신 기술도 활용할 수 있다.

##양자컴퓨터 소프트웨어 분야에서도 스타트업이 계속 늘어나고 있다. 호주의 스타트업인 큐컨트롤은 양자컴퓨터 제어에 필요한 '제어 신호 최적화'등이 강점이다.~현시점에서는 IQM, 리게티 컴퓨팅, 아이온큐, 큐에라 컴퓨팅에서 개발한 각각의 양자컴퓨터를 이용할 수 있다.~더 고도화된 양자 회로를 자동으로 정리하고 효율화하는 기반 소프트웨어 개발에는 이스라엘에서 출발한 클래식 테크놀로지스와 싱가포르에서 출발한 호라이즌 퀀텀 컴퓨팅이 몰두하고 있다.

##아직 양자컴퓨터 비즈니스의 승리 공식이 완전히 보이지 않는 가운데 이미 업계의 진용이 착실하게 갖춰져 있다는 점이 이 분야의 빠른 발전 속도를 보여 주고 있다.~파산 같은 부정적인 요소도 존재한다.~이들의 도전이 언제 어떤 타이밍에 우리 생활에 혁신을 가져올지는 아직 불확실하다. 말하자면 '양자 중첩'상태에 있다고 할 수 있겠다.

##확실히 2018년 무렵부터 양자컴퓨터에 대한 과도한 기대가 있었던 것은 사실이다. 반면 챗GPT로 대표되는 AI처럼 비즈니스에 영향을 미칠 만한 활용 방법은 찾아내지 못했다.~2023년에는 양자컴퓨터가 실용 단계에 접어들었다는 보고가 몇 차례 있었지만, 이는 비즈니스적인 가치가 아니라 어디까지나 학술적 의의의 측면이다.~동시에 누구도 예상하지 못한 양자컴퓨터의 새로운 사용법을 발견하는 데도 주목하고 싶다. 예를 들어 비트코인을 비롯한 암호화폐 시장의 경우 2023년에 장기간에 걸친 '크립토의 겨울(암호화폐 시장이 장기간 하락과 조정 국면에 들어가 투자 심리가 위축된 시기를 비유적으로 표현한 말)'을 이겨 냈다고 여겨진다. 암호나 결제가 안전하고 정당하다는 것을 계산으로 보장하는 '분산 결제 시스템'에서 양자컴퓨터의 존재감은 앞으로 점점 더 커질 것이다.

##존 폰 노이만은 "일정한 확률로 컴퓨터에 오류가 일어나 계산 결과가 엉망이 되어버린다. 따라서 계산 결과가 정말로 올바른지 아닌지는 현명한 인간이 제대로 검증할 필요가 있다"라고 말했다.~해밍은 '컴퓨터가 에러를 발생했는지 검출할 수 있다면 어디에 에러가 있는지도 특정할 수 있을 것이다. 그렇다면 컴퓨터 스스로 에러를 정정할 수 있을 것이다.'라고 생각했다. 그리고 그 결과 에러 정정 부호가 탄생했다. 

##현재의 컴퓨터에는 통상적인 환경에서 개개의 반도체 부품에 에러가 발생할 확률은 극히 낮다. 주요 문제는 우주선(우주에서 지구로 날아오는 보이지 않는 고에너지 입자)이 칩에 부딪쳐 일시적인 오작동(소프트 에러)이 일어나는 것이다. 이 때문에 미리 중복 데이터를 더해서 에르럴 막는 리던던시나 에러 검출·에러 정정 등의 오작동 대책이 이뤄지고 있다.~양자컴퓨터에서도 에러 문제는 피해 갈 수 없다. 현재 가장 성능이 좋은 양자비트라 하더라도 에러 확률은 0.1퍼센트 정도이며 1000번에 한 번은 에러를 일으킨다.

##양자비트는 에러 확률도 높기에, 하나의 양자비트의 정보를 지키는 데 더 많은 양자비트가 필요해진다. 이 때문에 에러 정정 기능을 갖게 한 양자컴퓨터 '오류 내성 양자컴퓨터'로 실용적인 문제를 풀려고 하면 100만~1000만 규모의 양자비트가 필요할 것으로 예상되었다.~또한 현재 인터넷 등의 암호화 방식으로 이용되고 있는 RSA암호를 해독할 수 있는 수준의 소인수분해에는 2000만 양자비트가 필요하다는 추산도 있다.

##그래서 2017년경부터는 에러 정정을 하지 않고 노이즈를 허용해 양자컴퓨터를 응용하는 NISQ 라는 접근법을 채택해 왔다. 이후 순조롭게 양자컴퓨터의 규모가 확대되어 2019년에는 '양자 초월성'에 도달했다. 본격적인 양자컴퓨터 개발이 시작된 지 5년 만에 슈퍼컴퓨터로도 시뮬레이션 하기 어려운 수준의 양자컴퓨터에 도달한 것은 놀라운 일이다. 지금은 양자 비트 수가 100을 넘는 양자컴퓨터가 다수 가동되고 있다.

##양자컴퓨터의 묘미는 아날로그적인 중첩을 다루면서도 양자 에러를 정정함으로써 노이즈로부터 정보를 보호하며 계산할 수 있다는 점에 있다.~고전 컴퓨터로는 다루기 어려운 복잡한 양자 현상도 양자컴퓨터라면 양자역학을 규칙에 따라 정확하게 시뮬레이션 할 수 있으며 더 빠르게 계산할 수 있다. 우리 주변의 재료나 그 전기적인 성질은 모두 양자역학에 따라 결정된다.

##블랙홀 연구의 최전선에서는 우리가 사는 세계의 시공간(시간과 공간)은 양자 얽힘으로 만들어졌다는 견해도 있어 양자컴퓨터를 사용해 블랙홀을 재현하는 실험을 진행하고 있다.~양자컴퓨터를 활용해 지금까지 직접 관측할 수 없었던 물리 현상을 만들어 내고 실험할 수 있게 되는 것이다.

##자연계의 정교한 화학 반응을 양자컴퓨터로 재현하고 이해하는 것은 고효율 촉매의 인공 설계와 에너지 활용의 혁신으로 직결된다. 미국에서는 이미 암모니아가 가진 에너지 매체로서의 중요성에 주목하고 있으며, 암모니아가 가진 에너지 매체로서의 중요성에 주목하고 있으며, 암모니아를 매입하는 시장 형성이나 그 합성 기술을 육성하는 정책적 지원도 시작하고 있다.

##암모니아는 제조 과정에 따라 '그레이 암모니아(화석 연료 유래)', '블루 암모니아(이산화탄소 회수 포함)', '그린 암모니아(재생 가능 에너지 유래)' ,' 핑크 암모니아(원자력 발전 유래)' 등 색상으로 분류하며 에너지의 지속 가능성을 시각화하는 수단으로도 기능한다. ~양자컴퓨터를 사용해 촉매를 개량하고 보다 효율적이며 환경친화적인 방법으로 합성하는 '양자 암모니아'라 부를 만한 새로운 범주가 등장할지도 모른다.

##양자AI도 현재 혁명의 씨앗을 뿌릴 수 있는, 미래의 노벨상으로 이어질 흥미로운 국면일 것이다.~양자성이 강한 고기능 물질은 고전 컴퓨터의 시뮬레이션만으로는 정밀도에 한계가 있어, 결과적으로 충분히 정확한 학습 데이터를 얻을 수 없다. 따라서 아무리 AI라 하더라도 신뢰성 높은 모델을 만들 수 있다. 바로 이 지점에서 양자컴퓨터가 활약한다.

##시야를 조금 넓혀 보면 '양자 센싱'이라 불리는 양자 기술의 또 다른 분야에도 이목이 쏠리고 있다 양자 센싱이란 양자 상태가 가진 높은 감도를 활용해 기존 기술로는 관측하기 어려웠던 현상을 직접 측정하는 방법이다. 이렇게 얻은 정보도 귀중한 양자 데이터로서 AI 학습에 활용된다.

##현재의 신용카드 결제나 은행 간 거래 등에도 사용되고 있는 'RSA암호'다. 수학자 리베스트, 샤미르, 애틀먼의 머리글자를 따서 이름 붙여진 이 방식에서는 공개키로 큰 합성수를 사용하고 비밀키로 그 소수를 사용한다.~최근에는 RSA 암호에서 사용하는 정수의 자릿수로 617자리(2048비트)이상이 권장되고 있다. 이 정도가 되면 천문학적인 계산 시간이 걸려 슈퍼컴퓨터로도 해독하기 어렵다.~그래서 양자컴퓨터의 계산 성능으로도 해독하는 데 시간이 걸리는 '양자내성암호'를 새롭게 표준화하려는 움직임이 미국 국립표준기술연구소를 중심으로 최근 몇 년간 진행되고 있다.

##양자역학의 특징 중 하나로 '무작위성'이 있다. 이 성질을 활용해 예측 불가능한 난수를 만드는 '양자 난수 생성' 연구가 진행되고 있다. 컴퓨터에서 사용되는 난수의 대부분은 미리 정해진 수식과 초깃값(시드)으로 만드는 '유사 난수'이며 사실 완전히 무작위는 아니다.~이처럼 양자컴퓨터는 현재의 암호나 보안 기술을 위협하는 존재인 동시에 차세대 암호나 안전 보장의 토대가 되는 존재이기도 하다.

##양자컴퓨터에서는 값이 그대로 보존되는 것이 아니기 때문에 원하는 정보를 어떻게 꺼낼지 고심해야 한다.~자연계는 생명의 진화라는 오랜 세월에 걸친 최적화 과정에서 광합성이나 질소 고정 같은 훌륭한 시스템을 찾아냈다.~양자컴퓨터를 사용해 이런 메커니즘을 양자 수준에서 해석하고 이해하게 되면 새로운 제조나 혁신으로 발전시킬 수 있을 것이다.~앞으로 혁신의 효율화가 더욱 진행되면 '어떻게 효율화할 것인가'뿐만 아니라 '무엇을 목표로 효율화할 것인가'라는 질문이 그 어느 때보다 중요해질 것이다.

##사실 양자컴퓨터의 메커니즘은 고등학교 수준의 수학인 삼각함수, 벡터, 복소수, 확률로 완전히 이해할 수 있다. 이런 수학의 언어로 양자컴퓨터를 바라보면 또 다른 세계가 보일 것이다.~일상 규모의 거시적인 세계에서는 시간을 되돌릴 수 없다. 반면 양자역학의 세계에서는 정보가 모두 보존되기 때문에 '가역성'이 성립한다.~양자역학에 따르면 원리적으로는 원래 상태로 시간을 되돌릴 수 있다고 한다. 다만 관측에 의해 측정 결과가 무작위로 정해진다면 상태를 되돌릴 수 없다고 생각할지도 모른다.

##중첩 상태를 자유자재로 제어해 만드는 역할을 담당하는 것이 위상 게이트다. 위상이란 복소수가 가진 각도에 대응하는 양이다.~CNOT 게이트는 '양자적 조건 분기'를 하기 위한 게이트다.~아다마르 게이트, 위상 게이트, CNOT 게이트라는 세 가지 기본적인 양자 게이트를 조합함으로써 어떤 양자 알고리즘이라도 프로그램할 수 있는 만능성이 있다고 알려져 있다.

##게임이나 퍼즐과 같은 설정으로 되어 있는 계산량 클래스로 '클래스 NP'가 알려져 있다. 클래스 NP란 답을 찾는 것은 일반적으로 다항식 시간에 할 수 있다고 단정할 수는 없지만 답의 후보가 주어졌을 때 그것이 올바른지 아닌지를 효율적으로 검증할 수 있는 문제의 클래스다.~흥미롭게도 스도쿠, 테트리스, 뿌요뿌요 같은 퍼즐 게임에는 NP 완전성이 있음이 증명되었다.

##양자컴퓨터가 고전 컴퓨터보다 유리해지는 경우는 지수 함수적인 계산 가속을 실현할 경우다. 그런 사례 중 가장 유명하고 역사가 깊은 것이 양자 위상 추정 알고리즘이다.~쇼어의 소인수분해 알고리즘은 양자 위상 추정 알고리즘을 이용하고 있다.



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#전종훈 #양자컴퓨터 #AI #수식 #아토초 #중첩 #얽힘 #양자비트 #양자오류 #양자암호 #시뮬레이션 #슈퍼컴퓨터 #양자우월성 #퀀텀 #이온트랩 #반도체 #극저온 #초전도체 #냉각중성원자 #양자점 #양자회로 #암호화폐 #오류 #에러

#슈뢰딩거 

#도서협찬📚 

❔내게 남는 질문들

 👉 양자비트는 어떻게 구현되나

 👉 양자 컴퓨터는 우리를 어떻게 바꾸게 될까

 👉 우리는 무엇을 목표로 효율화 해야하는가 

📋 한줄평

  진정 최소한의 양자 컴퓨터 이야기!! 근데 조금만 더 곁들이면 싶은 🙂🙃 

💭 남은 생각들

  1장 양자역학 100년사는 물리학과 양자역학에 관한 소양이 별로 없는 사람이 보기에 딱 적합한 수준으로 풀어냈다. 적절한 그림과 내용이 쉽고 재미있다. 특히 1장은 고전물리학의 모순부터 시작해서 천재 과학자들간의 대결이나 실패이자 성공인 이야기들이 흥미진진하다. 아인슈타인은 ‘신은 주사위 놀이를 하지 않는다‘며 부정하지만 양자역학의 발전에 가장 결정적으로 기여한 사람이기도 하다. ‘벨의 부등식‘은 양자역학이 틀렸음을 보이고 싶어 만들었지만 오히려 거대한 이노베이션의 시작점이 되는데 핵심적으로 기여했다.

  과학사에는 이렇게 의도나 한때의 영광이 뒤집히는 일이나 천재들의 실수나 흥미진진한 대결이 비일비재하다. 벨의 부등식처럼 이론을 반증하고자 한 연구가 결국 증명의 핵심이 되고 심지어 노벨상을 수상하는데 기여하는 일도 있다.

  양자 컴퓨터 분야에서도 이렇게 흥미로운 일들이 넘친다.

  완전히 새로운 기술과 이론같지만 양자컴퓨터도 결국 0과 1을 이용한다(이 책에서는 그렇게 기술한다). 양자 비트가 담고 있는 정보는 중첩상태로 존재하지만 이것을 읽어 표현할 때는 결국 고전 컴퓨터의 정보처리방식으로 정보화해서 처리한다(다른 책 참고). 고전 컴퓨터나 양자 컴퓨터나 모두 에러에 관한 대비가 중요하다.

  다른 점도 당연히 존재한다. 계산 오류에 관한 대비가 필요하다. 고전 컴퓨터는 우주에서 쏟아지는 ‘우주선’(비행체 아님)에 의해 오류가 나고, 양자 컴퓨터는 강점이라고 말하는 양자 중첩 상태의 에민함 때문에 발생한다. 강점이 약점이 되는 것이다. 고전 컴퓨터는 오류를 정보의 복사로 해결한다. 양자 텀퓨터는 정보 복사가 되지 않는다. 이런. 그걸 또 양자 얽힘이라는 양자 현상으로 해결한다.

  혹은 기존 이론과 기술의 발전사에서 나타났던 일들이 반복되기도 한다. 집채만한 크기의 애니악이 결국 주판으로 할 수 있는 단순 계산을 했더랬다. 그 제한적이고도 비효율적으로 보였던 기술이 지금의 컴퓨터가 되었다. 양자 컴퓨터 기술 중 하나인 ’양자 어닐링 머신’은 제한된 계산만 할 수 있고, ‘양자 우월성‘을 보이는 것만 해도 많은 난관과 논쟁을 거쳐 이루어졌다. 그러나 비약적으로 빠르게 발전하고 미래를 혁신할 기술로 기대받고 있다.

 “역사는 반복되지 않지만 인간은 반복한다”

  어느 분야든 인간사에 포함이다. 지금은 이해할 수 없거나 어찌될지 모르는 기술이 어떻게 변해갈지는 누구도 알 수 없다. 그렇지만 저자의 말처럼 이제는 다른 질문을 해야할 때이다.

  ”무엇을 목표로 효율화 할 것인가“

📣 추천하는 사람

 👏 양자역학의 역사를 최대한 쉽게 알고 싶은 사람

 👏 양자 컴퓨터의 기본 원리나 용어를 알아보고 싶은 사람

 👏 양자 컴퓨터가 세상과 어떻게 연결될지 살펴보고 싶은 사람

📖😊 추천 읽기법

   1. 물리학과 컴퓨터 기술에 문외한인 경우

      👉 1장 양자역학 100년사 -＞ 장 세상이 바뀐다 ,세상을 바꾼다 -＞ 6장 양자컴퓨터와 우리부터 읽음

      👉 2장 양자컴퓨터의 혁명 -＞ 3장 시행착오의 연속 읽되 모르겠는건 과감하게 넘어감

      👉 양자컴퓨터 기업이나 주식에 관심있음/책을 한 번은 다 봐야 직성이 풀림 -＞ 4장도 읽음

      👉 궁금한 점을 적절하게 쉬운 영상이나 인공지능에게 추가질문추가질문을 통해 조금씩 알아냄

      👉 가장 중요!!! 모르는 게 당연하니 마음 편하게 기술 발전사나 인간사 본다는 느낌으로 교양 쌓기로 도전 ^^

   2. 물리학과 컴퓨터 기술에 조예가 있는 경우 

      👉 물리학 지식있으면 1장 패스 가능. 컴퓨터 지식 있으면 1장부터 순서대로 읽기 가능

      👉 역시 모르겠는건 넘어가도 괜찮음. 지식욕이 크다면 인공지능의 도움을 얻거나 조금 더 체계적인 책 찾아 읽기

             (첫 사진 맨 밑에 책이 고등학교 수학과학지식 수준 & 지식욕구와 시간 할애 의지 대상에게 추천하는 책. 물론 어렵다.)

#최소한의양자컴퓨터 #부키출판사 #양자컴퓨터 #양자역학 

*출판사로부터 도서를 제공받아 주관적으로 작성한 리뷰입니다.

대상의 정보를 얻기 위해 관측하면 반드시 대상에 영향을 미친다. 중첩이 어떤 상태인지 알기 위해 관측하면 그 중첩은 풀리고 마는 것이다. 따라서 중첩되어 있다고 가정하고, 그 결과 발생하는 간섭을 관측함으로써 중첩되어 있었다는 사실을 받아들일 수밖에 없다. 이것이 양자역학의 직관적인 이해를 어렵게 만드는 점이다. 고전역학의 세계에서는 당신이 관측을 하든 안 하든 달은 지구 주위를 돌고 있고 사과를 떨어뜨리면 낙하한다. 하지만 양자역학의 세계에서는 관측함으로써 관심 있는 대상에 영향을 주고 만다. 우리의 일상과는 전혀 다른 세계인 것이다.              p.50

양자란 아주 작은 세계에서 더 이상 쪼갤 수 없는 최소 단위를 말한다. 눈에 보이는 세계를 다루는 고전 역학으로는 설명할 수 없는 양자의 움직임을 설명하는 양자역학이고, 현대 과학과 기술의 상당수가 이 개념을 바탕으로 하고 있다. 양자컴퓨터란 그러한 양자역학의 원리로 계산하는 기계이다. 양자컴퓨터는 식량, 에너지, 신약 개발을 비롯해 전기자동차에 필수적인 리튬 이온 배터리의 성능 개선, 꿈의 에너지인 핵융합을 위한 재료 설계 등 다양한 분야에서 사용되고 있다. 앞으로 미래를 이야기하기 위해서는 AI와 더불어 빼놓을 수 없는 핵심 키워드가 바로 '양자컴퓨터'인 것이다. 

이 책은 바로 그 양자컴퓨터가 궁금한 이들에게 초심자의 눈높이에 맞춰 쓰였다. 수식을 전혀 쓰지 않으면서도 다양한 이야기와 비유, 100장이 넘는 시각 자료 등을 활용하고 있어 진입장벽이 그다지 높지 않다. 양자역학의 역사부터 시작해 양자컴퓨터의 현재와 미래에 이르기까지 차근차근 설명해준다. 양자컴퓨터 연구는 1980년대에 그 개념이 형성되었고 1990년대에는 후술할 암호 해독과도 관계 있는 소인수분해 알고리즘이 발견되는 등 많은 연구자가 참여해 크게 발전했다. 하지만 1990년대 후반에 들어서면서 양자비트의 성능을 높이거나 개수를 늘리는 일이 어려워졌고, 이론 측면에서도 소인수분해 알고리즘에 버금가는 커다란 돌파구가 나타나지 않아 정체기를 맞이했다. 그 후 현재로 이어지는 양자컴퓨터 개발의 열기가 다시 시작된 것은 2010년대에 들어서면서부터다. 그리고 2014년 이후 양자컴퓨터는 눈부시게 발전했다. 

이런 세계관은 만화 《진격의 거인》에 비유하면 이해하기 쉽다. 거인(양자)으로부터 몸을 지키기 위해 벽에 둘러싸인 세계에 사는 인류가 벽 밖으로 나감으로써 보다 고도의 지식과 물리 법칙과 기술을 접하며 세계의 진실을 알게 된다. 벽 안의 세계는 '고전역학'이며 인류는 뉴턴의 운동 방정식으로 기술할 수 있는 '예측 가능하고 결정론적인 세계'를 믿고 있다. 거인(직관적으로는 설명할 수 없는 양자 현상)이라는 위협은 있지만 벽 안에 있는 한 닫힌 단순한 법칙으로 설명할 수 있다고 믿는다. 하지만 벽 밖에는 '양자역학'의 세계가 펼쳐져 있다.                    p.262~263

저자는 양자가 눈으로 보거나 손으로 만질 수 있는 고전적인 세계와는 다른, 우리의 직관을 넘어 상상력이 필요한 개념적인 세계와 연결되어 있다고 말한다. 이것이 양자의 신기한 매력과 기술적 가능성의 근원이기도 하며 동시에 난해함의 이유가 되기도 한다고 말이다. 그래서 저자는 대학교 3학년 때 처음 양자론 강의를 듣고는 마치 게임 같은 세계에 완전히 마음을 빼앗겼다고 한다. 세계의 이면에서 돌아가고 있는 톱니바퀴를 엿보고 만 것 같은 느낌이 들었기 때문이다. 특히나 양자역학의 원리로 움직이는 기계인 양자컴퓨터는 양자 얽힘, 양자 순간이동, 마법 증류 등 SF를 방불케 하는 온갖 키워드가 난무하는 분야라 푹 빠져서 연구를 하게 되었다고 한다. 

양자역학이 탄생한 지 100년이 지났다. 지금 우리는 양자의 불가사의를 받아들이고 이를 제어해 응용하는 시대에 접어들고 있다. 양자컴퓨터는 단순히 빠른 계산기가 아니라 자연을 깊이 이해하고 인류 지식의 지평을 넓히는 새로운 망원경이자 현미경이다. 지구가 46억 년이라는 진화의 역사를 거쳐 도달한 생명, 물질, 에너지의 정교한 구조와 그 '최적해'를 풀어 낼 열쇠를 양자컴퓨터가 쥐여 주려 하고 있으니 말이다. 이 책을 통해 난해하게만 느껴졌던 양자의 세계와 개념에 대해 첫 걸음을 내디딜 수 있게 된다면 좋을 것 같다. 그 어려움을 뛰어넘을 만한 흥미로운 내용들로 가득한 책이니 말이다. 또한 ＜매트릭스＞, ＜진격의 거인＞, ＜은하수를 여행하는 히치하이커를 위한 안내서＞ 등 양자컴퓨터를 직간접적으로 접할 수 있는 작품으로 이야기를 풀어나가고 있어 쉽고, 재미있게 이해할 수 있을 것이다. 부록으로 양자컴퓨터 연표를 통해 100년의 역사를 정리했고, 양자 핵심 용어집과 관련 책들을 소개해주는 양자도서실, 그리고 보다 전문적인 내용을 담은 번외편인 양자여담까지 풍부한 내용들을 담고 있다. 수학을 몰라도, 양자역학 관련 지식이 전혀 없어도, 양자컴퓨터에 대해 알고 싶다면 이 책을 만나보자!