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처음 만나는 양자의 세계 - 처음 만나는 양자의 세계 ㅣ 처음 만나는 세계 시리즈 1
채은미 지음 / 북플레저 / 2025년 9월
평점 :
[ 출판사로부터 도서를 제공받아 작성한 리뷰입니다. ]
10월은 양자 수업을 듣기에 딱 좋은 시기인 것 같아요.
매년 10월이 되면 한 해 동안 인류에 가장 큰 공험을 한 사람이나 단체에게 주어지는 노벨상 수상자가 발표되는데, 올해 노벨물리학상은 전자 회로처럼 큰 스케일에서도 양자 현상이 제대로 작동한다는 점을 증명한 세 명의 과학자에게 돌아갔네요. 유엔이 지정한 양자역학 탄생 100주년을 맞은 2025년, 양자 기술을 현실로 가져온 물리학자들의 공로를 인정한 것인데, 그 내용을 살펴보니 전자회로에서 양자 터널링 현상을 증명한 것이래요. 수상자들은 1984년과 1985년 극저온 등 특정 조건에서 저항이 사라지는 초전도체 회로를 활용해 실험을 수행했고, 초전도체에서 전자가 쌍을 이루는 쿠퍼 쌍이 집단적으로 움직이며 원래는 전류가 흐르지 못하는 절연층을 뛰어넘는 양자 터널링 현상이 관찰되었으며, 이 연구결과는 회로 기반 양자컴퓨터 구현 가능성의 단초를 제시하여 약 15년 뒤인 1999년 양자컴퓨터의 정보처리 단위인 큐비트 개념이 처음 등장하게 된 거예요. 이후 대규모 투자가 일어나 2015년 전후로 미국 빅테크기업들이 양자컴퓨터 사업에 뛰어들게 된 거래요. 연구 당시 존 클라크 교수(현재 83세)는 UC버클리의 지도 교수, 존 마티니스 교수(현재 67세)는 박사과정생, 미셸 드보레 교수(현재 72세)는 프랑스에서 온 박사후연구원이었대요. 우와, 과학자들에겐 나이는 진짜 숫자에 불과하네요. 학창 시절에 물리학을 좋아하는 학생은 아니었지만 뒤늦게 알면 알수록 물리학의 세계가 흥미롭다는 사실을 깨닫게 되네요. 특히 양자역학, 초면은 아닌데 늘 새롭게 느껴진다고 해야 할까요. 책 제목처럼 저에겐 항상, 처음 만나는 듯한 양자의 세계라서 관련한 책들을 보면 반갑더라고요. 양자 역학을 잘 모른다고 해서 기죽거나 실망할 필요가 없는 것이, 세계적인 물리학자 리처드 파인만 교수는 "양자 역학을 안다고 생각하는 사람은 양자 역학을 모르는 사람이다"라고 말했대요. 그러니 조금씩 꾸준히 알아가면 될 일이네요.
《처음 만나는 양자의 세계》는 물리학과 채은미 교수님의 첫 대중교양서라고 하네요.
이 책에서는 크게 두 가지로 나누어, 아름답고 신비한 양자의 세계와 양자 컴퓨터가 이끄는 미래를 소개하고 있어요. 사실 양자 역학에 관심이 없고, 전혀 모르는 사람들도 이미 일상에서 매일 양자 역학을 경험하고 있어요. 스마트폰 화면, 가로등, TV, 자동차, 전조등, 냉장고 안의 불빛까지 거의 모든 인공광의 중심에 있는 LED, 이 작고 효율적인 빛의 원천 뒤에 양자 역학이라는 과학의 세계가 숨어 있네요. LED는 발광다이오드의 줄임말로 전기를 흘려 주면 스스로 빛을 내는 아주 작은 전자 소자라서, 빛을 내는 과정에 열 손실이 거의 없고, 전력 효율이 매우 높으며, 수명도 길다 보니, 어느새 백열전구와 형광등에서 LED로 빠르게 대체된 거예요. LED는 전기적 신호를 양자 역학적 반응으로 바꾸어 빛을 내는 장치이며, 빛이 나는 원리는 양자 도약, 즉 전자가 높은 에너지 상태에서 낮은 상태로 떨어지면서 빛을 내는 현상이래요. LED의 색은 그 안에 들어간 반도체 재료의 특성으로 양자 역학적 성질에 따라 정확히 결정되어, 갈륨-질소 기반의 반도체는 파란빛, 갈륨-바소는 빨간빛, 갈륨-인은 녹색빛을 내는 거래요. 이렇게 특정 재료를 선택해 정확하고 선명한 색을 낼 수 있기 때문에 LED는 조명뿐 아니라 디스플레이, 통신 장비에도 폭넓게 활용되는 거예요. 이렇듯 양자 물리학은 우리가 보지 못하는 세계를 통해 우리가 사는 세계를 구성하고 발전시키며, 더욱 정확하게 이해할 수 있도록 해주네요. 요즘 주목받고 있는 양자 컴퓨터를 비롯한 양자 정보 과학 기술에서는 양자 역학의 가장 대표적인고 신비로운 특성인 중첩과 얽힘을 이용해 고전 컴퓨터로는 엄두도 못 낼 새로운 기술을 실현하려고 시도하고 있고, AI와의 융합으로 산업 전반에 걸친 거대한 혁신을 전망하고 있네요. 양자 역학의 기본부터 양자 컴퓨터까지 전반적인 흐름을 이해하는 데에 도움이 되는 양자 수업이었네요.
