양자컴퓨팅의 교본

퀀텀의 세계 - 세상을 뒤바꿀 기술, 양자컴퓨터의 모든 것
이순칠 지음 / 해나무 / 2021년 12월

제목만 봐도 숨막히는 책이다.

양자에서 이미 숨이 막히는데 양자컴퓨터라니 ...

저자인 이순칠 교수는 카이스트 물리학과 교수로 국내 최초로 병렬처리 양자컴퓨터를 개발하신, 우리나라 최고의 양자컴퓨팅 권위자라고 한다.

김상욱, 정재승 교수들의 학생 시절 때 양자물리를 이순칠 교수님께 배웠다고...

여러 과학 분야들 중에서도 가장 이해하기 힘든(흔히들 아무도 이해 못 한다고 하는) 양자역학에 관한 책이지만, 나같은 일반인 독자들을 위해서 쉽고 재밌게, 그러나 아주 정성을 다해 썼다는 느낌을 준다.

흥미를 유발하기 위해 책의 시작과 끝은 우리나라가 대통령 직속으로 비밀리에 양자컴퓨터를 개발한다는 이야기로 둘러싸고 있다.

그리고 양자컴퓨팅을 설명하기 위해 양자물리학부터 차근차근 시작하여 양자컴퓨팅의 과거/현재와 미래에 대한 그림을 그려준다.

양자물리의 탄생부터 입자의 파동성, 그 유명한 죽어 있으면서 살아있는 고양이로 설명되는 중첩, 그리고 불확정성의 원리를 수업을 듣고 있는 것처럼 설명한다.

책의 2부에선 현대물리학 역사의 가장 큰 논쟁이었던 EPR(여기서 E는 그분이다. 아인슈타인) 논문과 더불어, 양자컴퓨팅의 핵심 원리가 되는 '얽힘' 에 대해 설명한다.

3부부터는 본격적으로 양자컴퓨팅이 어떻게 탄생했고, 양자컴퓨팅에서의 기본 연산과 물리적 구현은 어떻게 하는지에 대해 설명한다. 나같이 IT 분야의 독자들은 그나마 여기서부턴 조금 숨을 쉴 수 있을 것 같다. (이해할 수 있다고는 안했다...)

나름 컴퓨터와 관계된 일로 먹고 살고 있지만, 우리가 일반적으로 사용해오고 있는 고전컴퓨터(0과 1을 사용하는 우리가 사용하고 있는 모든 컴퓨터와 스마트폰을 말하는 것)가 아닌 양자컴퓨터라는 것은 어떻게 생긴건지, 어떻게 쓰고, 지금 세상에 있는 물건인지 궁금해왔다.

이 책을 통해 양자컴퓨터는 0/1 의 집적회로로 구성된 것이 아닌, 상태를 중첩시킬 수 있는 아주 작은(나노 크기의) 물질들로 구현을 하고 있으며, S/W알고리즘도 양자컴퓨터에 적용 가능한 것들이 연구되고 있다는 걸 알 수 있었다.

초기엔 핵자기공명을 이용해서 7큐빗(고전컴퓨터의 비트라고 생각하자) 으로 구현되었으나 현재는 초전도 방식으로 70큐빗까지 사용하는 양자컴퓨터가 개발되었다고 한다.

몇테라의 고전컴퓨터를 쓰고 있는데, 겨우 70큐빗이라니 ... 할 수 있겠지만 100큐빗 정도되면 상용화 가능한 양자컴퓨터가 된다고 하고, 100큐빗이면 고전슈퍼컴퓨터들은 상대가 안되는 연산 속도를 가진다고 한다.

그게 가능한 핵심적인 원리가 양자의 상태가 중첩을 이용하는 것이며, 얽힘의 성질로 인해 모든 데이터를 한번에 중첩시켜 계산하고 결과를 얻는 것이라 한다. (쓰기는 하지만 이해하지 못했다...)

그럼 이렇게 빠르고 혁신적인 양자컴퓨터는 어디에 써먹는고 하니,,,

양자컴퓨터는 데이터검색이나 암호풀이, 보안통신 등에 탁월하게 사용될 수 있다고 하고(이미 양자보안통신은 이미 많이 쓰이고 있다고,,) 양자계를 시뮬레이션하는 데 매우 적합하다고 한다.

그런데 이렇게 비교가 안될 정도로 빠르고 혁신적인 양자컴퓨터의 개발이 더딘 이유는 나노기술이 아직 부족해서라고 한다. 양자역학이 적용되는 나노 미시세계를 다뤄야 하기 때문에 정밀한 나노 기술이 필요한 것 같은데, 이도 시간 문제가 아닐까 싶다.

책을 읽어가면서 이 책은 우리나라 과학자가 후배들을 위해 정성스럽게 쓴, 양자물리학과 양자컴퓨팅의 교본이자, 과학을 사랑하는 일반인 독자들을 위한 따듯한 교양과학 수업과도 같은 느낌을 준다.

앞으로 양자물리학과 양자컴퓨팅 양쪽 분야의 필독서가 될 것 같은, 이해하기 불가능하지만 양자세계로 몰입할 수 있는 멋진 과학서이다.