퀀텀의 세계

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

흑체복사에서 측정되는 온도와 파장의 관계는 그간의 이론과 전혀 맞지 않아서 오랫동안 물리학계의 숙제였다. 독일의 무리학자 막스 플랑크가 처음 이 문제에 관심을 가지게 된 것은 1894년이었다. (-38-)


자신의 천재적인 아이디어를 이해받지 못하자 볼츠만은 결국 자살로생을 마감했다. 62세에 자살하는 경우가 흔치는 않을 것이다. (-39-)


루트비히 볼츠만의 묘비에는 달랑 엔트로피 식 하나만 적혀 있다고 한다. 본관부터 시작해서 이력이 하나 가득 주저리주저리 적혀 있는 우리나라의 천편일율적인 비석에 비하면 얼마나 쿨한가! (-88-)


양자물리 이야기하면 닐스 보어를 빼놓을 수 없다. 보어는 핵주위에서 전자들이 양자화된 궤도들을 돌고 있다는 원자모형을 고앙하여 노벨상을 받았다. 그러나 보어가 양자물리학의 아버지라고 불리는 이유는 단순히 노벨상을 받았기 때문만은 아니다. 그는 닐스 보어 연구소를 설립해 많은 물리학자들에게 토론의 장을 만들어주었으며, 그 결과 하이젠베르크와 함께 현재의 양자물리 체계 '코펜하겐 해석'을 정립했기 때문이다. (-105-)


양자물리의 전성기의 끝인 1930년에서 50년이 지난 1980년, 미국 아르곤 연구소의 젊은 연구자 폴 베이노프가 제시한 양자컴퓨터의 개념은 암흑기가 끝나고 양자 르네상스가 시작돼었음을 알리는 신호탄이나 다름 없었다. (-154-)


양자 컴퓨터 연구의 전기는 1994년 벨 연구소가 쇼어가 '소인수분해 알고리즘'을 발표했을 때 찾아왔다. 도이치-조사 알고리즘은 그 자체로는 별 쓸모가 없었지만 그 다음에 나온'사이먼 알고리즘'에 영감을 주었고 , 사이먼 알고리즘은 또 그다음에 나온 쇼어의 소인수분해 알고리즘에 영감을 주었다. 쇼어의 알고리즘은 양자전산도 쓸모가 있음을 처음으로 증명했다고 할 수 있다. (-181-)


비슷한 예로 어니스트 러더퍼드가 있다. 그는 핵을 처음 발견하여 오늘날 우리가 아는 대로 원자가 가벼운 전자들이 무거운 핵 주위를 돌고 있는 형태라는 것을 발견한 사람이다. 그러므로 우리 물리학자들은 당연히 러더퍼드를 물리학자라고 생각하는데, 실제로 그는 케임브리지 대학 물리학과 켑진디시 연구소의 소장으로 지냈고 그의 시신은 웨스트민스터 사원의 뉴턴 묘지 옆에 묻혔다고 한다. (-226-)


이 세 회사는 경쟁적으로 비트 수를 늘려 2020년에느 각각 50,72, 49 큐빗의 CPU를 개발했다. 그런데 50큐빗 CPU를 개발했다고 하면 작동하는 큐빗이 50개가 있다는 뜻이지 50큐빗용 양자 알고리즘이 돌아간다는 뜻은 아니다. (-298-) 


그동안 읽었던 양자물리학은 공상에 가까운 허구의 실체였다.먼 우주로 여행을 떠난다는 가설이 등장하면서 양자물리학이 대중들에게 널리 알려지게 된다. 초끈이론으로 대표하는 양자물리학에 대해서, 이 책은 어느 누구보다도 양자물리학을 쉽고, 현실과 밀접한 학문인지 자세하게 설명하고 있었다. 실제로 양자 물리학은 루트비히 볼츠만에서 시자하였고, 이후 막스 플랑크가 기존의 물리학으로는 태양의 고유의 특징을 이해할 수 없다는 결론에 다다르게 된다. 양자 물리학에 입자와 파동이 등장하고, 중첩과 간섭이 등장하는 이유는 여기에 있다. 1930년까지 활발하게 연구되었던 양자물리학은 아인슈타인의 상대성이론 물리학이 물리학의 대세론이 되면서, 1980년까지 암흑기에 접어들게 된다.


공교롭게도 다시 양자 물리학이 등장한 것은 양차 세계대전이다. 핵무기를 쓰고, 핵에 대한 이해가 커져갔으며, 암호 해석을 위함 컴퓨터가 등장하게 된다. 1982년부터 양자이론의 개념이 다시 등장하였고, 지금까지 양자물리학의 발전사, 성장과 성숙으로 이어지고 있다. 즉 양자물리학이 가지고 있는 고유의 특징을 볼 때, 물리학은 우리의 삶과 연결되고 있으며, 기존의 컴퓨터의 체계를 바꿔 놓을 정도로 혁신적인 가치를 가지고 있다. 물리학에 대해서 기준을 제시하고, 여기에 발맞춰 새로운 변화가 만들어지고 있는 이유는 여기에 있다. 하나하나 검증해 나가고, 양자 물리학은 지금 현재 우리가 생각하는 컴퓨터의 한계를 뛰어넘을 가능성이 현실이 되고 있다. 현대 물리학의 아버지 리처드 파인만이 생각한 양자물리학이 이제 양자 컴퓨터의 토대가 되고 있으며, 미시적인 세계, 거시적인 세계를 동시에 볼 수 있는 물리학적 기준이 만들어질 수 있다.