퀀텀의 세계

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

이 글에는 스포일러가 포함되어 있습니다.

이 서적은 양자컴퓨터의 원리, 현재까지의 개발상항 그리고 양자컴퓨터의 미래까지 예견한 내용을 담고 있으며 양자컴퓨터에 대해 가장 쉽게 설명한 유익한 교양서라 하겠다.

이 서적의 저자는 국내 양자컴퓨터 최고 권위자로 양자컴퓨터를 제대로 설명할 가장 쉬운 교양서를 집필하기 위해 물리학을 전혀 모르는 시인 아내에게 원고를 매일 보여준 후 평을 듣고 원고를 수정한 결과물이라 일반인 모두가 쉽게 이해할 수 있는 것이 가장 큰 특징이라 하겠다.

서적은 총 5개의 파트로 나누어져 있다.

1부는 양자에 대한 관심과 연구가 집중된 시기의 양자 이론에 대해 다루는데 양자 물리의 핵심은 이 세상 삼라만상은 모두 입자인 동시에 파동이라는 것, 두 파동은 보강간섭, 상쇄간섭을 띠며 양자 컴퓨터가 현재 사용하는 컴퓨터보다 혁신적으로 빠른 이유는 양자 세계의 중첩성질 때문이라는 것과 미래를 정확히 예측할 수 없는 것이 불확정성의 원리 때문이라는 매우 유명하며 가장 기초적인 내용을 설명한다.

2부에서는 양자물리 이론에 동의하지 않고 비판적이었던 아인슈타인의 EPR 논문을 4단계로 설명하며 그 논문으로 인해 1930년부터 1980년대까지 양자물리의 암흑기에 빠졌다는 내용을 설명하는데 연구소의 자리는 물론 연구비의 지원이 전무 했으며 학술지에서조차 다뤄주지 않았다는 안타까움이 전해졌다.

3부부터 5부까지는 서적의 가장 핵심적 내용인 양자컴퓨터에 대한 부분이다.

양자컴퓨터의 발전 과정에서 1973년 베넷은 정보를 지우지 않는 연산만 수행하는 가역적 컴퓨터 모델을 제시했으며 양자 암호통신, 양자원격이동 등 양자 정보과학에서 매우 중요한 기술을 발명했으며, 물리학자로 국내에도 가장 널리 알려진 파인만은 스핀으로 만든 양자 컴퓨터로 양자 세계의 스핀을 시뮬레이션 할 수 있으며 다른 양자계도 시뮬레이션 할 수 있다는 제안을 하여 양자컴퓨터의 개발을 견인하여 드디어 1985년 데이비드 도이치가 첫 양자컴퓨터의 모델을 제시하고 7년 후 도이치-조사 알고리즘을 발표한다. 이 알고리즘은 사이먼 알고리즘, 소인수분해 알고리즘으로 발전하는 데 영향을 끼친다.

양자컴퓨터의 하드웨어는 큐빗으로 구성되는 데 1큐빗 데이터의 오류 수정하는데 4큐빗을 추가로 사용해야 하기 때문에 5개의 큐빗을 묶어 1논리 큐빗이라 부르며 100큐빗 정도는 되어야 한다. 하지만 2002년 7큐빗의 핵자기 공명방식으로 구현된 양자컴퓨터를 시작으로 (의학 분야의 MRI, CT), 2020년에는 초전도소자를 CPU로 사용한 양자 컴퓨터를 IBM( 50큐빗), 구글(72큐빗), 인텔(49큐빗) 개발했다고 발표한다.

양자컴퓨터의 소프트웨어에 대한 설명 중 눈길을 끄는 내용은 양자컴퓨터에서 돌아가는 알고리즘은 모든 큐빗을 모조리 중첩시켜 한꺼번에 함숫값을 계산하여 현재의 컴퓨터보다 1000배정도 빠른 답을 제시한다는 내용, 양자 알고리즘 중에서 쇼어의 소인수분해 알고리즘과 그로버의 데이터 검색 알고리즘이 가장 쓸모 있다는 내용과 암호에 대한 설명이었다. 양자 소인수분해 알고리즘의 특징은 측정이란 행위로 등차수열을 한 번 걸러주고 한 번의 연산으로 푸리에 변환을 할 수 있기 때문이다.

미래에 대한 전망에서 양자컴퓨터 개발로 가장 효과적으로 사용될 분야는 데이터 분석 알고리즘분야, 암호해독 분야, 양자계 시뮬레이션으로 신약개발 기간의 단축 등인데 경제성은 따져봐야 할 것이며 나노기슬 발전이 필수적이란 내용이었다. 암호해독과 데이터 분석의 속도가 현대의 컴퓨터보다 빠른 이유는 양자컴퓨터가 병렬처리를 잘하기 때문(1조개의 숫자를 동시에 계산 가능)이며 근본적 이유는 양자 세계의 중첩 때문이란 핵심은 이 서적 전체를 아우르는 핵심이라 하겠다.

이 서적은 현재까지 읽었던 양자물리학이나 양자컴퓨터 관련 서적 중 가장 이해하기 쉽도록 설명이 되었다는 특징을 지니고 있다. 양자 물리학의 기초부터 양자컴퓨터의 미래까지 이렇게 쉽게 설명한 서적은 처음 접하였다. 역시 양자컴퓨터의 최고 권위자인 저자가 물리학에 대해 1도 모르는 사람도 이해할 수 있도록 원고를 수정하며 집필한 결과란 생각이 들었다, 그렇다고 소설처럼 읽어서는 이해하기 쉽지 않다고 생각된다. 서적을 읽으며 저자가 강조한 내용을 메모하여 파트별로 간략하게 정리하면서 읽어야 다음 파트를 쉽게 이해할 수 있을 것으로 예상된다. 그렇게 읽는다면 중학교를 졸업한 모든 독자들도 가독에 어려움을 없을 것으로 예상되며 매우 재미있게 읽을 수 있는 교양서란 생각이 들었다. 양자물리학과 양자컴퓨터를 가장 쉽게 설명할 기초 교양서로 많은 분들에게 추천하고 싶다.

이 서평은 출판사에서 서적을 무상으로 제공받아 작성한 글임을 알려 드립니다.