양자컴퓨터의 미래 - 미치오카쿠. 박병철옮김

양자컴퓨터의 미래 - 미치오카쿠. 박병철옮김

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책소개 :

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저명한 이론물리학자이자 세계적인 베스트셀러 작가 미치오 카쿠가 양자컴퓨터의 역사와 원리, 힘과 가능성을 특유의 유려하고 명쾌한 문체로 흥미진진하게 풀어낸다. 저자는 양자컴퓨터가 지구온난화, 식량 및 에너지 문제, 난치병과 노화를 해결 또는 극복하고 궁극적으로는 생명과 우주의 비밀을 푸는 데 결정적인 기여를 할 것이라고 주장한다. 그 근거로 각 분야에서 현재 문제 해결을 위해 어떤 연구들이 이루어지고 있고 기존의 디지털 컴퓨터로는 어떤 한계가 있는지, 양자컴퓨터는 이런 부분에서 어떤 돌파구가 될지를 정확하면서도 쉬운 언어로 제시한다. 현대 문명의 실질적인 기반이라고 할 수 있는 ‘컴퓨터’와 현대 물리학의 핵심인 ‘양자역학’의 원리와 역사를 시작으로, 그 둘의 결합이라고 할 수 있는 ‘양자컴퓨터’가 그토록 강력한 까닭, 개발 경쟁의 양상, 앞으로 펼쳐질 인류 사회의 모습까지 그려보이는 책이다. 미치오 카쿠의 주요 저작들을 모두 번역한 과학 전문 번역가 박병철 박사의 충실한 번역 및 주석과 함께 양자컴퓨터 시대의 환상적인 풍경을 살펴보자.

출판사 서평 :

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"새로운 혁명의 시대가 다가오고 있다"

미래를 약속하는 양자컴퓨터의 힘과 가능성

《평행우주》 《마음의 미래》 미치오 카쿠가 그려낸 양자 시대의 전망

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양자컴퓨터 관련 뉴스가 하루가 멀다하고 들려온다. 그만큼 투자와 개발 경쟁이 치열하다는 소리다. 우리나라도 2035년까지 민관 합동으로 양자과학기술 육성에 3조원을 투자하겠다고 밝혔다. 양자컴퓨터가 무엇이고 현재의 디지털 컴퓨터보다 얼마나 더 좋길래 구글, 마이크로소프트, IBM, 인텔 등 전 세계 주요 테크기업과 국가 연구소들이 양자컴퓨터 개발에 전력하는 것일까? 양자컴퓨터가 그토록 강력한 까닭은 무엇일까? ‘양자컴퓨터’를 이해하기가 어려운 이유는 그 단어를 이루고 있는 ‘양자(역학)’와 ‘컴퓨터’ 또한 만만한 개념이 아니기 때문이다. 물리학자들이 ‘모든 것은 양자’라고 하고, 현대문명에서 이루어지고 있는 우리의 일상이 컴퓨터 없이는 돌아가지 않는다고 해도, ‘양자’와 ‘컴퓨터’ 각각의 개념과 원리, 역사를 쉽게 설명하는 것은 보통 일이 아니다. 그런데 둘을 합친 ‘양자컴퓨터’의 개념과 그 잠재력을 쉬운 언어로 설명하는 일이 가능할까?

“복잡한 과학 개념을 일반 독자가 이해할 수 있는 언어로 번역하는 것은 예술이라고 할 수 있다. 뉴욕시립대 물리학 교수인 카쿠는 그 최고의 전문가 중 한 명이다”라는 〈커커스리뷰〉의 말처럼, 미치오 카쿠는 세계적인 이론물리학자이면서 어려운 과학 지식을 여러 방송 프로그램에서 쉽고 흥미진진하게 풀어내는 과학 엔터테이너이다. 또한 그는 어려운 이론물리학의 세계를 롤러코스터를 타듯 재미있게 풀어낸 《초공간》, 《평행우주》, 《단 하나의 방정식》, 과학적 사실에 기반하여 미래의 모습을 예견한 《불가능은 없다》, 《미래의 물리학》, 《마음의 미래》, 《인류의 미래》 같은 베스트셀러를 출간한 저자이기도 하다. 그런 카쿠 박사가 새로 쓴 책의 주제가 바로 ‘양자컴퓨터’이다. 《양자컴퓨터의 미래》는 양자컴퓨터의 기본 개념, 역사와 종류, 개발을 둘러싼 치열한 경쟁, 양자 시대로의 전환을 위해 필요한 돌파구, 마침내 펼쳐질 환상적인 미래까지, 인류의 문명을 도약시킬 양자컴퓨터의 힘과 가능성을 경쾌하고 깔끔한 문체로 눈앞에 실감나게 그려낸 책이다. 독자들은 저자 특유의 단순하면서도 정확한 설명과 비유를 통해 ‘양자역학’과 ‘컴퓨팅’의 기본 지식은 물론 현재 물리학, 생물학, 의학 등 인류의 삶과 밀접한 관련이 있는 각 과학 분야에서 어떤 연구들이 이루어지고 있으며, 양자컴퓨터가 어떻게 기여할 수 있는지를 두루 알게 될 것이다.

궁극의 컴퓨터가 온다!

양자컴퓨터를 이해하기 위한 단 한 권의 책

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미치오 카쿠는 이 책에서 양자컴퓨터가 기존의 디지털 컴퓨터를 능가할 수 있는 영역으로 다음 네 가지를 든다. 1)검색 능력. 저자가 말하는 양자컴퓨터의 주특기는 ‘건초더미에서 바늘 찾기’이다. 양자컴퓨터는 방대하고 혼란스러운 데이터에서 핵심만 추출하여 중요한 결론을 도출할 수 있다. 2)최적화. 양자컴퓨터는 수많은 변수를 계산하여 폐기물, 업무효율, 수익 및 비용, 제조공정 등 산업계의 특정 요소를 최대화, 또는 최소화하는 데 탁월하다. 3)시뮬레이션. 날씨 예측이나 신약 개발처럼 복잡하거나 시간이 너무 오래 걸리는 실험은 양자컴퓨터를 이용한 가상실험으로 대체할 수 있다. 기존의 디지털 컴퓨터로 카페인 같은 단순한 분자가 형성되는 과정을 시뮬레이션하려면 10^48비트의 정보가 필요한데, 이 수는 지구를 구성하는 총 원자 개수의 10퍼센트에 해당한다. 아무리 좋은 디지털 컴퓨터라 해도 불가능한 수치이지만 양자컴퓨터에게는 식은 죽 먹기이다. 4)인공지능과의 결합. 미래 기술을 이야기할 때 빼놓지 않고 등장하는 것이 인공지능인데, 이 분야는 이론적 기초가 세워졌음에도 불구하고 디지털 컴퓨터의 한계에 부딪혀 발전이 지지부진한 상태이다. 특히 인공지능은 실수를 통해 발전하는 기능이 있지만 계산 능력은 좀 떨어지고, 양자컴퓨터는 막강한 계산 능력이 있지만 실수를 통해 배우는 기능은 없어서 서로의 단점을 보완해줄 수 있다.

양자컴퓨터가 디지털 컴퓨터와 가장 크게 다른 점은 연산의 기본단위이다. 디지털 컴퓨터의 기본단위가 0 아니면 1의 이진법 ‘비트’인 반면, 양자컴퓨터는 양자역학의 ‘중첩(superposition)’ 개념을 이용하여 0과 1을 ‘동시에’ 다룰 수 있는 ‘큐비트’를 기본단위로 사용한다. 양자컴퓨터가 그토록 강력한 연산 능력을 발휘하는 까닭이 바로 여기에 있다. 중첩 외에도 얽힘(entanglement), 경로합(sum over paths), 터널효과(tunneling) 등 양자컴퓨터를 가능하게 만드는 양자이론의 기이한 특성들에 관해 저자는 아인슈타인을 비롯하여 앨런 튜링, 리처드 파인먼, 막스 플랑크, 에르빈 슈뢰딩거 등 유명 과학자들의 일화와 나침반이 달린 장난감 기차, 미로 속의 쥐, 커플을 맺어주는 중매인 등 이해하기 쉬운 비유를 곁들여 막힘없이 설명한다. 카쿠 박사의 이야기를 정신없이 따라가다 보면 어느새 ‘양자역학’과 ‘컴퓨팅’은 물론 ‘양자컴퓨터’가 무엇이며 양자컴퓨터 개발의 발목을 붙잡는 가장 큰 장애물이 무엇인지(큐비트를 구성하는 원자들이 일제히 같은 모드로 진동하도록 배열되어야 하는데, 외부의 불순물이나 교란이 조금이라도 개입되면 결맞음 상태가 깨져버린다)까지, 양자컴퓨터에 관한 이해의 폭을 넓힐 수 있을 것이다.

빅테크 기업에서 스타트업까지

불붙은 경쟁, 양자컴퓨터의 종류

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그렇다면 양자컴퓨터의 종류에는 어떤 것들이 있으며 각각의 디자인은 어떤 장단점이 있을까? 저자는 “0과 1이라는 상태가 중첩되고 얽혀서 정보를 처리하는 시스템은 모두 양자컴퓨터가 될 수 있다”고 단언한다. 따라서 양자컴퓨터의 기본 설계도 여러 가지로 나오는데, 우리나라도 공동연구를 통해 2023년 10월 세계 최초로 ‘전자스핀’을 이용한 큐비트를 개발하여 세계의 주목을 받았다.

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#아무것도 하지않으면 아무일도 않일어난다.