·인간도 하나의 컴퓨터다. 인간의 뇌는 뉴런(neuron)과 시냅스(synapse)를 따라 전달되는 전기 신호로 작동하는 컴퓨터다. 놀라운 것은 인간의 두뇌가 우주의 복잡한 진화 과정을 거쳐 자발적으로 만들어진 컴퓨터라는 점이다. 우주는 단순히 컴퓨터의 부품만을 제공한 것이 아니라, 그 부품들을 조합해 컴퓨터를 만들 수 있는 컴퓨터를 만든 것이다.
---pp.13-14

·정리하면, 카오스 현상과 양자역학으로 인해 미래의 모든 것을 정확히 예측하는 것은 불가능하다. 라플라스의 악마는 실제로 존재하지 않으며, 우주에는 우리가 전혀 예측할 수 없는 일이 일어난다. 이렇게 예측 불가능한 일이 일어난다는 사실은 우리에게 매우 중요하다. 우리를 비롯한 우주가 단순히 정해진 대로만 움직이는 기계가 아니라는 말이기 때문이다. 예측할 수 없는 일은 크고 작은 놀라움을 불러일으킨다. 이런 놀라움의 정도에는 아주 특별한 이름이 붙어 있는데, 그 이름은 다름 아닌 ‘정보’다.
---p.58

·여기서 섀넌은 궁금했다. 정보의 양은 전화 혹은 전신과 같은 구체적인 통신 수단에 의해 결정되는 것일까? 아니면 통신 수단에 의존하지 않고도 근본적으로 정의할 수 있을까? 결론부터 말하면, 정보는 에너지와 같은 근본적인 물리량이다. 조금 더 구체적으로 말하면, 섀넌은 정보가 엔트로피와 연결된다는 사실을 보임으로써 그 유명한 ‘정보 엔트로피(information entropy)’라는 개념을 만들어 냈다. 정보 엔트로피의 핵심은 다음과 같다. 어떤 기호 체계가 가지는 정보의 양은 그 체계를 표현하는 최소한의 비트 수와 같다.
---pp.74-75

·원주율이나 오일러 수처럼, 우주에서 보편적으로 발견되는 수나 패턴, 우주 깊숙이 숨어 있는 구조가 또 있을까? 자, 이제 우리에게 남은 과제는 원주율과 오일러 수처럼 우주에 숨어 있는 이러한 수, 패턴, 구조를 능력이 닿는 데까지 최대한 정확히 계산해 내는 것이다. 하지만 인간의 계산 능력은 생각보다 제한적이다. 다행히, 우주는 인간에게 계산 능력을 확장할 줄 수 있는 선물을 주었다. 컴퓨터다. 인간은 컴퓨터를 이용해 우주에 담긴 깊은 메시지를 점점 더 정확히 계산하고 있다. 그리고 여기 재미있는 사실이 숨어 있다. 우주는 정의상 우주에 존재하는 모든 것을 포함한다. 그렇게 생각하면, 우주는 우주 안에 존재하는 인간이 우주 안에 존재하는 컴퓨터를 이용해 자기 자신을 이해하는 하나의 거대한 병렬 컴퓨터인 것이다. 그래서일까? 마치 원주율처럼, 컴퓨터 역시 우주의 모든 곳에 있다.
---pp.129-130

·사실 물을 이용해 논리부정, 논리합, 논리곱, 배타적 논리합을 구현하면, 덧셈뿐 아니라 원칙적으로 임의의 계산을 수행할 수 있는 보편 컴퓨터(universal computer)를 만들 수 있다. 앞서 우리는 물을 이용해 논리합, 논리곱, 배타적 논리합을 구현했다. 이제 논리부정만 구현하면, 우리는 보편 계산기를 만들 수 있다. (…) 정리하면, 우리는 임의의 계산을 수행하는 데 필요한 모든 논리 연산을 물로 구현할 수 있다. 그러므로 우리는 정말 물로 작동하는 두뇌를 만들 수 있다!
---pp.164-165

·여기서 이제 앞서 이야기한 아주 놀라운 복선이 그 모습을 드러난다. ‘단일 소재 집적 회로’에서 ‘단일 소재’는 영어로 ‘monolith’, 즉 ‘모놀리스’다. 앞서 말했듯이, 모놀리스는 한 덩어리의 돌이다. 즉, 우리가 쓰는 모든 컴퓨터는 실리콘이라고 불리는 한 덩어리의 돌에서 만들어진다. 구체적으로, 실리콘이라는 한 덩어리의 돌은 아주 얇은 두께의 원반으로 만들어진다. 이 원반의 이름이 바로 ‘실리콘 웨이퍼(wafer)’다. 이 실리콘 웨이퍼는 다시 아주 작게 잘려 반도체 칩이 된다. 그리고 이 반도체 칩 위에 수많은 집적 회로가 아주 가느다란 전선으로 새겨진다. 반도체 소자에 쓰이는 실리콘은 자연적으로는 결코 얻어질 수 없는 완벽한 물질이다. (…) 〈2001: 스페이스 오디세이〉에서 자연적으로 결코 얻어질 수 없는 완벽히 매끄러운 검은 돌기둥, 모놀리스는 인류의 문명을 촉발한 기폭제이자, 인류의 과학기술이 중요한 임계점에 도달하는 것을 감지하는 파수병이자, 인류를 진화의 다음 단계로 인도하는 안내자였다.
---pp.213-214

·뉴런과 뉴런의 연결은 전문적으로 ‘커넥톰(connectome)’이라고 하는데, 커넥톰을 완전히 파악했다는 것은 원칙적으로 그것에 지배받는 생물의 행동을 완전히 예측할 수 있다는 것을 뜻한다. 실제로 예쁜꼬마선충의 커넥톰을 디지털화해 컴퓨터에 입력하면, 가상의 예쁜꼬마선충을 만들 수 있다. 그리고 〈매트릭스〉에서 인간들이 그랬던 것처럼, 이렇게 만들어진 가상의 예쁜꼬마선충은 컴퓨터 시뮬레이션 안에서 마치 진짜 예쁜꼬마선충처럼 행동한다. 심지어 가상의 예쁜꼬마선충을 로봇의 CPU에 입력함으로써 실제 예쁜꼬마선충의 행동을 흉내 내는 로봇 예쁜꼬마선충을 만들 수도 있다. 자, 그러면 인간의 커넥톰을 완전히 파악하면 〈매트릭스〉도 구현할 수 있지 않을까?
---p.244

·알고리즘이란 입력을 출력으로 변환하는 유한한 단계의 절차로서, 일반적으로 컴퓨터로 수행된다. 그런데 현대 컴퓨터는 영국의 수학자이자 논리학자인 앨런 튜링(Alan Turing)이 고안한 가상의 기계, 즉 튜링 기계(Turing machine)를 물리적으로 구현한 것으로서, 어떤 알고리즘으로 수행할 수 있는 계산은 모두 튜링 기계로도 수행할 수 있다. 달리 말해, 어떤 문장이 참인지 거짓인지 올바르게 결정할 수 있는 알고리즘이 있다면, 튜링 기계로도 그 문장이 참인지 거짓인지 올바르게 결정할 수 있다. 그러면 어떤 문장이 주어지면, 언제나 튜링 기계로 유한한 단계의 절차를 끝마치고 참인지 거짓인지 올바르게 결정할 수 있을까? 이는 ‘정지 문제(halting problem)’라는 이름으로 알려진 물음인데, 그 답은 튜링 자신에 의해 이미 증명되었다. 원칙적으로 불가능하다. 다시 말해, 튜링 기계로는 결코 참인지 거짓인지 결정할 수 없는 문장이 존재한다. 그 문장이 참도 아니고 거짓도 아니기 때문이 아니라, 그 문장이 참이거나 거짓이지만 결정할 수 없다는 것이다. (…) 펜로즈가 그의 책 제목을 ‘황제의 새 마음’이라고 지은 이유는 인공지능이 실제로는 ‘마음’이라고 부를 만한 실체를 가지고 있지 않다고 생각했기 때문이다. 펜로즈에 따르면, 디지털 전자 컴퓨터에 기반한 인공지능은 결코 진정한 의미에서 생각할 수 없다. 인공지능이 진정으로 생각하려면 결정론적 알고리즘을 초월하는 다른 무엇이 필요하다는 것이다. 그것이 무엇일까? 바로 양자역학이다. 펜로즈는 인간이 양자역학적 원리에 의해 작동하는 컴퓨터, 즉 양자컴퓨터라고 말한다.
---pp.268-270

·1981년 5월 7일, 물리학자 리처드 파인먼은 미국 MIT에서 개최된 “계산의 물리학(Physics of Computation)”이라는 학회에서 “컴퓨터로 물리 시뮬레이션하기(Simulating Physics with Computers)”라는 제목으로 기조 강연을 하며 다음과 같이 말했다. “자연은 고전적이지 않습니다, 젠장. 여러분이 자연을 시뮬레이션하고자 한다면 양자역학으로 해야 합니다.” 자연을 제대로 시뮬레이션하려면 자연의 근본적인 작동 원리인 양자역학을 이용해야 한다고 주장한 것이다. 이는 단순히 자연을 시뮬레이션하는 프로그램 안에 양자역학적 원리를 도입해야 한다는 것이 아니라, 자연을 시뮬레이션하는 프로그램이 돌아가는 컴퓨터 자체가 양자역학적 알고리즘으로 작동해야 한다는 뜻이다. 양자역학적 알고리즘으로 작동하는 컴퓨터가 다름 아닌 양자컴퓨터다. 파인먼의 이 강연은 양자컴퓨터라는 개념을 본격적으로 제시한 기념비적인 강연으로 여겨지고 있다. (참고로, 물리학자 폴 베니오프(Paul Benioff)는 1980년에 튜링 기계를 양자역학적으로 확장하는 개념을 담은 논문을 발표한 바 있다.) 그러면 양자컴퓨터란 구체적으로 무엇인가? 간단히 말해, 양자컴퓨터란 디지털 전자 컴퓨터에서 쓰이는 비트 대신 양자역학적 비트(quantum bit), 즉 큐비트(qubit)를 이용해 정보를 저장하고 처리하는 컴퓨터다. 음, 감이 잘 잡히지 않기에 조금 더 자세히 알아보자.