4장. 양자컴퓨터의 여명기
파인만은 빛과 전자의 상화작용을 상대론적으로 설명한 최고의 물리학자이다. 이것이 양자전기역학(QED)인데, 이론과 실험의 차이가 100억분의 1을 넘지 않는다.
<양자적 경로합>
파인먼은 최소작용원리에 입각하여 양자역학을 처음부터 다시 써내려갔다. 이 원리에 의하면 입자는 모든 가능한 경로를 ‘동시에 탐색한다. 그런데 개개의 경로에 작용 및 플랑크상수와 관련된 가중치를부여해서 모두 더해보니(즉, 적분해보니) 놀랍게도 기존의 양자역학과 동일한 결과가 얻어졌다. 이것이 파인먼의 경로적분 접근법 path integral approch이다.
(중략)
파인먼의 경로적분법으로 슈뢰딩거 방정식을 유도했을 뿐만 아니라, 그 안에 양자역학의 ‘모든‘ 내용을 요약할 수 있었다. 슈뢰딩거가 마술처럼 파동방정식을 유도한 지 수십 년 만에 파임먼이 경로적분법을 이용하여 방정식을 포함한 양자역학의 모든 것을 하나로 통하한 것이다. - P97
<양자이론 요약>
양자컴퓨터를 가능하게 만든 양자이론의 기이한 특성은 다음 네가지 항목으로 요약할 수 있다.
1. 중첩
: 모든 물체는 누군가에게 관측되기 전까지 여러 개의 가능한 상태에
‘동시에‘ 존재한다. 즉, 하나의 전자는 이곳과 저곳에 동시에 존재할수 있다. 이 특성을 컴퓨터에 응용하면 계산을 수행할 수 있는 상태의수가 많기 때문에 엄청난 연산 능력을 발휘할 수 있다.
2. 얽힘
: 양자적으로 얽힌 관계에 있는 두 입자는 둘 사이의 거리가 아무리 멀어져도 상대방에게 영향을 줄 수 있으며, 이 영향은 ‘즉각적으로‘
전달된다. 그래서 양자컴퓨터는 큐비트가 많을수록 상호작용이 기하급수적으로 늘어나고 성능도 그와 비슷한 비율로 빠르게 향상된다.
3. 경로합
: 입자가 두 지점 사이를 이동할 때에는 두 점 사이를 연결하는 모든가능한 경로를 동시에 지나간다. 각 경로에는 확률이 가중치처럼 할당되어 있는데, 이들 중 확률이 가장 높은 것은 고전역학의 해답에 해당하는 경로이다. 그러나 확률이 아무리 낮은 경로라 해도 이들까지모두 더해야 정확한 최종확률을 구할 수 있다. 이는 곧 확률이 지극히낮은 경로도 현실이 될 수 있음을 의미한다. 척박했던 지구에 생명이창조된 것도 확률이 매우 낮은 분자의 경로가 현실세계에 구현되었기 때문일 것이다.
4. 터널효과
: 일반적으로 입자는 높은 에너지 장벽을 통과하지 못한다. 그러나양자역학에서 입자는 높은 장벽을 통과할 수 있다. 이 확률은 장벽이높을수록 0에 가까워지지만, 어쨌거나 0은 아니다(이것은 입자가 벽을뚫어서 벽에 흠집을 내는 것이 아니라, 벽에 아무런 손상도 입히지 않고 통과하는 현상이다-옮긴이). 생명 활동에 필수적인 복잡한 화학반응이 상온에서 자연스럽게 일어나는 것은 바로 이 터널효과 덕분일 것으로 추정된다. - P112
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