(40)
이제 당신은 어떤 홀에 있고 오케스트라는 첫 번째 화음을 연주한다. 악기들로부터 음악이 솟아나 홀 전체로 퍼져나가지만 확률적으로만 그렇다. 게다가
넓은 홀 안의 침묵은 완벽하고 아무 소리도 들리지 않는다. 파동은 침묵 속에 퍼져나가고, 그때 갑자기 파동이 한 점으로 축소되어 청중 한 명의 귀에 닿는다. 나머지
청중은 아무것도 듣지 못한다. 그다음 음이 두 번째 청중이 각자 단편적으로 들었던 것을 서로 주고받아야지만
그날 밤 연주된 교향곡을 재현해낼 수 있을 것이다.
(76)
2018년 11월 16일 베르사유 컨벤션센터에서 전 세계 물리학자들은 역사적 결의안을 표결에 부칠 준비를 했다. 그것은 국제단위계의 변화였다. 참가자들은 열기가 넘쳤다. 각국 대표는 자기 차례에 일어나서 구두로 ‘예스(Yes)’를 외치며 자국 표지판을 들었다. 우루과이 대표가 마지막으로
‘예스’를 외치자 모든 과학자가 일어나 진심으로 박수갈채를
보냈다. 이들은 만장일치로 킬로그램에 대한 새로운 정의를 결의했다.
(86)
그런데 불확정성 원리를 적용하면 열역학은 심지어 절대 영도에서도 원자들이 계속해서 조금씩 움직일
거라고 예상한다. 원자들은 ‘영점 에너지(zero point energy)’를 가진다. 구체적이며 놀라운 결과로
절대 얼지 않는 액체 헬륨이 존재한다. 심지어 절대 영도에 대해 근접한 온도에서 불확정성 원리에 의해
생기를 얻은 조그만 움직임으로도 이 액체의 원자를 요동시키기에 충분하며, 결과적으로 원자들이 고체를
이루지 못하도록 막는다. 다른 액체는 모두 얼지만 헬륨 원자들은 상호작용이 극도로 적어 쉽게 불안정한
상태가 된다.
(134)
게다가 양자물리학 논문에서 여러 해석 중 어떤 것을 언급하는 경우는 극히 머물다. 연구자 대부분이 취하는 입장은 데이비드 머민의 이 말로 잘 요약된다. “입
다물고 계산하라!” 과학의 역할에는 의문을 제기하는 것도 있다며 이들에게 반박하는 사람도 있을 것이다. 하지만 과학의 목표는 무엇보다 사물이 ‘어떻게’ 작동하는지 설명하는 것이지 반드시 ‘왜’를 설명할 필요는 없다.
(189)
애초에 원자를 이해하려고 연구된 양자물리학은 입자물리학을 탄생시켰다. 이 학문은 소재의 세계와 IT 세계를 탐험했다. 마침내 입자물리학은 화학에 관한 새로운 관점을 제공했다. 흔히 물리학자들은
거만한 눈으로 동료 화학자들을 대한다. 아마도 이것은 두 학문의 역사적 기원에서 비롯되었을 것이다. 물리학은 갈릴레이, 뉴턴과 함께 탄생했고 이들은 세계에 대해 수학적이고
합리적인 관점을 제시했지만, 화학은 연금술사 덕분에 여러 의식으로 가득한 마법 세계에서 첫발을 떼었다. 양자물리학이 탄생한 이후 카드 패는 다시 섞였다. 화학과 물리학은
하나의 동일한 학문이 되었다. 물리학자들은 이 점을 유념해야 할 것이다.
(217)
그런데 저항이 완전히 0이라고 하거나 저항이 너무
약해서 측정될 수 없다고 할 수 있을까? 이 점을 알아보기 위해 건전지를 제거해보자. 초전도체가 아닌 구리에서는 전류가 즉시 멈춘다. 전자들은 끊임없는
충격 때문에 계속해서 움직일 수 없다. 하지만 초전도체 고리에서는 전류가 계속해서 완벽히 흐른다. 한 시간 후에도 전자는 지친 기색을 전혀 보이지 않는다. 다음 날이
되어도 전류는 여전히 그대로다.
(238)
양자 컴퓨터에 대해 어떻게 생각하는가? 겉보기에는
고전적 컴퓨터처럼 비트와 논리 게이트를 가진 회로 같다. 그런데 더 깊이 생각해보면 각각의 비트는 단순한 0이나 1이 아니고 둘의 중첩 상태로 나타난다. 각각의 양자비트, 즉 ‘큐비트(qubit)’는 8장에서 언급한 것처럼 동시에 두 상태에 놓인다. 중요한 것은 스핀의 두 방향, 원자의 두 에너지, 광자의 두 분극이다. 핵심은 두 가지 상태의 중첩을 얻어내는 것이다.
고전적 컴퓨터와의 두 번째 큰 차이점은 ‘큐비트’가 서로 독립적이지 않다는 것이다. 이것들은 얽혀 있고 서로 복잡하게 섞여 있어 큐비트 하나에
영향을 주면 즉시 다른 모든 큐비트에 영향을 미친다. 요컨대 개별적인
0과 1 대신 우리가 접하게 될 것은 0과 1의 조합이 중첩되면서 동시에 얽혀 있는 상태다. 영원히 결속된 집단이
있는데 그 구성원들이 서로 팔짱을 끼고 있어 나중에는 서로 구별할 수 없을 정도가 되는 상황을 상상해보자. 거기에
이 개인들 각자가 남자인 동시에 여자라는 점을 추가해보라! 이것은 바로 양자 컴퓨터가 시작된 토대다.
(267-268)
양자 컴퓨터의 수많은 잠재적 사용 분야 중 가장 큰 영향을 미칠 수 있는 것은 분자 시뮬레이션일
것이다. 우리는 이미 비료를 다른 방식으로 생산할 수 있음을 살펴보았다. 이 슈퍼컴퓨터는 더 저렴한 또 다른 화학반응을 개발하는 데도 큰 도움을 줄 것이며, 그 결과 화학공업의 새로운 촉진제가 발견될 것이다. 또 이 컴퓨터를
이용하면 이산화탄소를 고정하거나 광화학 반응을 촉진하는 과정을 연구할 수 있으며, 신약을 위한 분자를
고안하거나 몇 가지 암 치료에 핵심 역할을 하는 단백질 접힘 같은 메커니즘을 시뮬레이션할 수 있을 것이다. 그리고
더 효율적인 배터리 개발을 위한 인공 소재 발견에도 도움을 줄 것으로 기대된다.
