양자역학의 결정적 순간들

양자역학의 결정적 순간들 - 양자역학 탄생 100주년, 중첩과 얽힘이 만든 신비로운 세계 ㅣ 내 인생에 지혜를 더하는 시간, 인생명강 시리즈 34
박인규 지음 / 21세기북스 / 2025년 6월

[양자역학의 결정적 순간들]은 21세기 북스의 인생명강 시리즈 34번째 책이다. 과학사적 접근을 기반으로 양자역학의 핵심을 짚고 있다. 책을 넘겨 보면서 드는 생각은 수학을 어느정도 이해하는 사람들에게 재미있게 읽힐것 같다는 거다.

플랑크의 양자 가설이라던지 보어의 원자 모형 그리고 아인슈타인과 보어의 철학적 논쟁과 관측문제/ 수학적 원리와 모델을 다루는 파동함수와 확률해석/ 불확정성 원리 등 수학개념/ 전자궤도 모델/ 벨 부등식/ 양자 컴퓨터/ 양자 암호 통신 등 실제 물리학 응용 분야 등을 모두 아우르는 것이 양자 역학(철학,수락,물리,현대기술을 아우름)이기 때문에 주제를 따라 읽다보면 다소 어렵다.

그래서 [양자역학의 결정적 순간들]의 책은 기초 물리와 수학 개념이 있는 대학 초년 수준의 물리 교양을 접해본 사람+

양자역학을 철학과 역사 흐름 속에서 이해하고 싶은 양자역학의 질문에 흥미를 갖고 있는 사람 +

양자역학의 최신 실험과 노벨상 트랜드를 접하고 싶은 사람+

물리학이나 과학 전공 대학생 그리고 양자컴퓨팅 업계 종사자. 에게 추천하고 싶다. (나에게는 너무 어려운 책이었다.) 그래서 물리나 수학(벡터, 함수, 확률 등)의 기초가 전혀 없는 사람, 혹은 과학적 사고보다 감성적인 글을 좋아하는 사람에게는 적합하지 않은 책이다. 

과학 교양서 중에서는 난이도가 있는 편인데 그럼에도 <양자컴퓨팅>에 대해 논하는 글은 흥미로웠던 것 같다. 검색해보면 일반 컴퓨터는 정보를 0과 1로 표현하는데. 양자컴퓨터는 중첩과 얽힘이라는 양자의 특성을 활용해 정보를 처리한다고 한다. 예를 들면 보통 컴퓨터로 비밀번호 4자리를 모두 맞추려면 0000부터 9999까지 전부 시도해야 알 수 있지만 양자컴퓨터는 모든 경우를 동시에 시도할 수 있다. 그래서 어떤 문제에서는 훨씬 빠르게 정답에 도달할 수 있다는 것이다. 이에 대한 물음에 더해서 책에서는 양자역학을 사용한 컴퓨터의 의미에 대해 설명한다. 

p 294.295

양자역학을 사용한 컴퓨터란 무엇을 의미하는 것일까? 이를 이해하기 위해서는 ~간단히 키패시터(축전지)를 만들어 축전 상태면1, 전하가 빠져 나간 상태면 0, 이렇게 만들어도 된다. 원자 자석을 사용해서 N극과 S극의 정렬 방향을 1과 0의 상태로 정의할 수도 있다. 이렇게 정의된 1또는 0의 최소한의 정보 단위를 비트라고 한다. ~1부터 어떤 정수 N 사이의 소수를 찾는 "에라스테네스의 체"라는 알고리즘을 프로그래밍 해본 독자라면 알겠지만, N이 크면 그 수만큼 일일이 나눗셈을 반복적으로 해야 하는 고통이 따른다. 통상 수천 비트로 만들어진 RSA암호를 깨려면 수억 년이 걸린다고 하니, RSA암호는 매우 안전한 암호체계라 할 수 있다.

이처럼 비유로 시작해 기본 개념을 쉽게 풀어주고, 고전 컴퓨터(RSA 암호) 의 한계를 보여주면서 문제를 제기해서 ("에라토스테네스의 체"처럼 고등학생도 학교에서 배웠을 법한 알고리즘을 언급)해 복잡한 계산이 얼마나 오래 걸리는지를 공감하게 해주는 방식의 설명을 해주고 있다. 그래서 자연스럽게 기존 방식으로는 시간이 너무 오래 걸리니까 새로운 방식이 필요하겠다는 의문을 가지고 다음 정보를 읽게 되는 거다. 단계적인 방식의 설명을 해줌으로써 비전공자도 그렇게 어렵지 않게 읽을 수 있는 부재들도 있기는 하다.(다만 나의 경우, 수학 공식의 예를 드는 설명은 수학 방정식의 풀이를 해야 하는 부분이라 아무리 해도 이해가 되지 않는다.) 이 처럼 수학적 공식이 많이 있다는 점은 참고해야 하는 책이다. 

* 이 글은 출판사로부터 도서를 지원받아 작성한 글입니다.