* 네이버 책과 콩나무 카페 서평단 자격으로 작성한 주관적인 리뷰입니다.
처음 만나는 양자의 세계
채은미 (지은이) 북플레저 2025-09
양자역학은 참 멋있는 이름입니다. 죽을 곳에 들어가 죽지도 않는 슈뢰딩거 고양이도 그렇고, 숱한 과학자들이 화려하게 이해안될 말들을 말합니다. 도대체 무슨 말인지 알 수가 없습니다. 어렵다고 하면 정말 어렵고, 쉽게 쓴다고 하는 책을 봐도 어렵습니다. 원래 그런 분야에 그런 내용이라 그럴까요.
이 책의 저자 채은미 선생은 ‘수식은 최소한으로 줄이고, 양자 역학이 어떻게 시작되었고, 우리 삶에 어떻게 스며들어 있는지, 앞으로 어떤 기술로 발전해 갈 수 있을지‘ 이야기한다고 합니다. 과연, 이 3가지나 되는 목표를 이룰 수 있을까요.
책은 2부 구성입니다. 1부 양자의 세계, 2부 양자의 미래겠습니다.
시작부터 고전 역학과 양자 역학의 차이를 이야기합니다. (저는 고전 역학은 알고 있을까요?)
1. 연속성과 양자화
2. 입자와 파동의 이중성 ; 입자냐 파동이냐에서 ‘파동-입자 이중성‘ (물리시간에 배웠던 것같습니다)
3. 결정론과 확률론 ; 고전에는 미래 예측이 가능하다고 보았네요. 결정론입니다. 양자 역학에서는 물질의 상태를 확률적으로 기술합니다. 바로 하이젠베르크의 불확정성 원리입니다.
4. 측정과 상태의 붕괴 ; 고전에서 측정은 관찰 행위였는데, 양자에서는 측정하는 순간 중첩된 상태 중 하나로 확정된다고 합니다. (파동 함수의 붕괴)
네 가지 차이는 알겠는데 (우리말로 되어있으니) 그 차이가 뭘 말하는 걸까요.
양자 역학으로 반도체, 레이저, 카메라 이지미 센서, 인터넷, GPS, 양자컴퓨터, 물류 최적화 계산, 보안 기술, 양자 통신, 양자 키 분배... 많은 것을 할 수 있습니다.
더 이상 나눌 수 없는 작고 단단한 입자 원자보다 작은 입자인 ‘전자‘를 1897년 조지프 존 톰슨이 발견했답니다. (120년전 발견인데 저는 왜 원자가 제일 작은 거라고 생각하고 있었을까요. 제가 사는 우주에는 원자만 존재하는 걸까요)
드디어 유명한 슈뢰딩거의 고양이가 등장합니다. 이게 ‘중첩된 상태‘입니다. 살아 있으면서도 죽어 있는 말도 안되는 상태이지만 양자 중첩입니다.
양자 텔레포테이션은 영화에서만 실현가능한 것이 아니라 일부 구현이 되어 있다고 합니다. A지점에서 B지점으로 정보를 옮기는 기술인데, 통신 속도에 의존합니다. 원본은 파쇄되고 먼 곳에서 동일한 문서를 다시 출력하는 것이랍니다. (왜 굳이 원본을 파쇄하는 건지 모르겠지만) 그래서 단순한 복사가 아니고 ‘양자 복제 불가능 정리‘에 따라 완벽하게 복사될 수 없답니다. 그런데 그 안에는 양자 얽힘이 들어있습니다.
‘양자 컴퓨터 간에 정보를 주고받거나 양자 메모리와 프로세서를 연결할 때 이 기술이 반드시 필요합니다‘고 합니다. 그렇군요. 꼭 필요한 기술? 정보? 무언가입니다.
양자의 세계는 더이상 들어갈 수가 없겠구나 체념할 때에 ‘형광등‘이 나옵니다. 나도 잘아는 친구! 두어달에 한번씩 문제를 일으켜서 내손으로 갈아야만 빛을 발휘하는 이 녀석이 바로 ‘원자 내부에 존재하는 띄엄띄엄한 에너지 준위 사이를 전가가 오가며 빛을 만들어내는 양자 역학의 현상‘이라고 합니다. 백년도 전에 발견해서 무슨 일을 하나 궁금했는데 실생활에 밀접하게 도움이 되는 물리학입니다. (촛불, 전구는 흑체복사라 또다른 원리입니다)
그렇게 LED, 레이저, 광통신, GPS 등 경이로운 양자의 세계가 이미 펼쳐져 있습니다.
2부는 양자역학으로 바뀌는 미래입니다.
양자 컴퓨터의 잠재력, 구현 방식, 실제 응용 가능성을 다룹니다.
양자 중첩과 얽힘을 이용하면 그 전의 컴퓨터가 처리하기 어려운 문제를 짧은 시간에 풀 수 있습니다. 암호 해독, 신약 개발, AI 등에서 변혁을 일으킬 수 있습니다.
범용 양자 컴퓨터, 특수 목적 양자 컴퓨터, 초전도 회로, 중성 원자, 이온 트랩, 광자 등을 큐비트로 사용합니다.
초전도 큐비트 양자 컴퓨터가 마이크로파로 제어하며 냉각된 칩에서 동작합니다. (아니. 수식은 안나오지만... 이건 미래를 보고 온건가요)
중성 원자 방식은, 이온 트랩, 광자 양자 컴퓨터... 용어 번역이 필요합니다.
기술의 발달로 미래 큐비트가 하나씩 구현되고 있습니다. 사실 냉매에서 갑자기 냉장고가 나오는 것처럼 상자 속의 고양이에서 어떻게 이런 엄청난 것들이 개발되는걸까요. 암호 해독, 신약 설계, AI 결합의 뒤에 양자역학이 있는 듯합니다. (있는거 맞겠죠)
책을 읽다가 내용이 암호문처럼 어지러우면 가만히 앞표지로 가서 진공중에 떨고 있는 고양이를 보고 있으면 마음이 진정됩니다. 이 귀여운 고양이는 상자에서 나와 뒷표지에서 시작해서 입자처럼 출현합니다.
