기존 컴퓨팅 기술의 한계를 뛰어넘는 미래의 컴퓨터, 양자 컴퓨터가 가져올 혁명적 변화는 이미 시작되었다! 상상을 현실로 만드는 양자 컴퓨터 혁명 양자 컴퓨터는 양자역학의 원리를 이용해 정보를 처리하는 새로운 형태의 혁신적인 컴퓨팅 시스템으로, 기존 컴퓨터의 0과 1로 된 비트 대신 큐비트를 사용하여 0과 1 두 상태를 동시에 가질 수 있는 중첩과 얽힘에 기반합니다. 양자 컴퓨터는 중첩 상태를 이용하면 여러 가지 경우의 수를 동시에 계산할 수 있고, 얽힘 상태는 계산 속도를 극적으로 높일 수 있습니다. 이 책에서는 양자 컴퓨터가 무엇인지, 어떻게 작동하는지, 그리고 우리의 삶에 어떠한 변화를 가져올지 살펴보고 있습니다. 나아가 양자 컴퓨터가 암호 해독과 약물 개발(예: 구글의 시카모어), 인공지능에서 혁신적인 변화를 가져올 잠재력을 가지고 있음을 보여주고 있습니다. 양자 컴퓨터의 작동 원리 양자역학의 핵심 원리 중 하나인 ‘중첩’은 입자가 동시에 여러 상태를 가질 수 있다는 개념으로, 이는 공중에 던져서 회전하는 동전이 앞면과 뒷면을 동시에 보여주는 것과 같은 현상입니다. 이러한 중첩 상태를 이용하면 양자 컴퓨터는 여러 가지 경우의 수를 동시에 계산할 수 있습니다. 또 다른 원리는 ‘얽힘’으로, 두 입자가 얽혀 있으면 한 입자의 상태를 측정하는 것만으로 다른 입자의 상태를 즉시 알 수 있습니다. 이러한 얽힘 상태는 계산 속도를 엄청나게 높일 수 있습니다. 양자 컴퓨터의 놀라운 힘과 변화 잠재력 현재 우리가 사용하는 컴퓨터는 0 또는 1의 값만 가질 수 있는 ‘비트’라는 정보 처리 단위를 사용해 계산을 수행하지만, 양자 컴퓨터는 ‘큐비트’라는 특별한 정보 단위를 사용하여 중첩 현상으로 0과 1을 동시에 가질 수 있습니다. 따라서 기존 컴퓨터보다 훨씬 많은 정보를 담을 수 있고, 한번에 여러 가지 계산을 할 수 있습니다. 또한 얽힘 현상은 두 입자가 멀리 떨어져 있어도 서로 연결된 것처럼 행동하는 것으로, 이를 이용하면 멀리 떨어져 있는 양자 컴퓨터들을 하나의 컴퓨터처럼 작동시킬 수 있어 서로 영향을 주고받으며 정보를 즉시 공유할 수 있고 협력해서 계산을 할 수도 있습니다. 양자 컴퓨터의 이러한 특성을 이용하면 다양한 분야에서 엄청난 혁신을 이루어 낼 수 있습니다. 예를 들어 기존 약물보다 더 효과적이고 부작용이 적은 약물을 빠르게 개발할 수 있고, 또 더 강하고 가벼운 물질을 개발해 새로운 우주선이나 건물 등을 만들 수 있으며, 더 똑똑한 인공지능을 만들어 우리 삶을 더 편리하게 해줄 수도 있습니다. 양자 컴퓨터의 현재와 미래 양자 컴퓨터는 현재 컴퓨팅 기술의 한계를 뛰어넘는 혁신적인 기술입니다. 중첩과 얽힘이라는 원리를 이용하여 기존 컴퓨터로는 할 수 없는 계산을 수행할 수 있기 때문입니다. 그러나 현재 양자 컴퓨터는 아직 초기 단계이며, 실용적인 기술로 상용화될 때까지는 어느 정도 시간이 필요합니다. 양자 컴퓨터 기술은 빠르게 발전하고 있으며, 세계 각국 정부와 IBM, 구글, 마이크로소프트와 같은 글로벌 기업들은 이 혁명적인 기술 개발에 막대한 자본을 투자하고 있습니다. 양자 컴퓨터는 새로운 기술과 혁신을 촉진하여 우리의 삶을 크게 변화시킬 것입니다.

프롤로그: 두 번째 혁명? 1. 원자를 보다 2. 지금 몇 시죠? 3. 에트나 화산 꼭대기의 원자 4. 다이아몬드는 영원하다 5. 양자 컴퓨터를 그려보세요 6. 보편적인 기계 7. 양자 우월성 8. 양자 음악 악보 9. 양자 스파이 10. 버그들 11. 빛이 있으라! 12. 아웃사이더들 13. 원자로 조각한 모나리자 14. 게임이 아닌 진짜 시뮬레이터 15. 얽힘, 새로운 경계 16. 양자 인터넷 에필로그: 주요 질문들 감사의 말 주석 참고문헌 찾아보기

이 책에서 우리는 함께 이러한 미래 기술을 탐험할 것입니다. 저는 여러분에게 양자 이론을 가르치지는 않을 것입니다. 여러분은 슈뢰딩거 방정식을 푸는 법을 배우지도 않을 것입니다. ... 가장 최신의, 가장 흥미롭고, 가장 예상치 못한 발견들, 이미 사용되고 있는 것들, 어쩌면 빛을 보지 못할 것들, 그리고 무엇보다 제 생각에 내일 우리의 일상을 진정으로 바꿔놓을 발견들에 대해 들려드리겠습니다. _ 〈프롤로그: 두 번째 혁명?〉 9-10쪽

우리가 알지 못하는 사이에 양자혁명은 이미 우리의 시간과 공간에 대한 이해 방식을 뒤흔들었습니다. 우리의 스마트폰이 실험실의 원자 시계로 측정된 협정 세계시에 맞춰 시간을 조정할 뿐만 아니라, GPS로 우리 위치를 측정하는 것 또한 위성 안에서 이루어지는 양자 실험에 기반합니다. 이러한 응용을 넘어 이 시계들은 더 뜻밖의 분야, 즉 지구 물리학에도 쓰일 수 있습니다. 이를 이해하려면 일반 상대성 이론을 거쳐야 합니다! _ 〈지금 몇 시죠?〉 34쪽

지금까지 실험들은 자연을 관찰하기 위한 기술적 장치에 불과했습니다. 이제 실험들은 더 이상 현상을 측정하는 것에 만족하지 않고 전례 없는 현상을 만들어 냅니다. 이것이 바로 제2차 양자혁명의 핵심입니다. 첫 단계에서 물리학자들은 실험실에서 현상을 만들어 자세히 관찰합니다. 그런 다음 그것을 다른 용도로 사용합니다. 그들은 간섭을 만들고, 이를 이용해 가속도계를 발명합니다. 얽힘을 만들고, 이를 이용해 메시지를 암호화합니다. 중첩을 만들고, 이를 이용해 컴퓨터를 설계합니다. _ 〈에트나 화산 꼭대기의 원자〉 53쪽

양자 컴퓨터는 양자 기술 대중화의 도전이며, 아마도 궁극적인 도전일 것입니다. 가장 추상적인 이론과 가장 첨단 기술에 기반을 두고 있죠. 더 나쁜 것은 모든 환상을 싣고 다닌다는 겁니다. 첨단 기술계의 모험가들과 가장 대담한 투자자들을 끌어당기고 매혹합니다. 하지만 또한 두려움을 줍니다. _ 〈양자 컴퓨터를 그려보세요〉 71쪽

양자 컴퓨팅의 미래에 대한 의견을 갖기 위해서는 오류 문제를 진지하게 다뤄야 합니다. ‘게이트 오류’, ‘위상 오류’, ‘비트 오류’ 등 오류는 너무나 많습니다. 이런 오류는 어디서 오는 것일까요? 어떤 오류가 가장 심각할까요? 어떻게 수정할 수 있을까요? 먼저 구체적으로 이런 오류가 무엇인지 설명하는 것에서 시작해 봅시다. _ 〈버그들〉 144쪽

현재까지 연구된 모든 큐비트들 중 어떤 종류도 향후에 성공적으로 규모의 확장을 할 것이란 보장이 없습니다. 각각 심각한 문제점이 있으며, 이에 시간과 자원을 투자하는 이들은 실제 위험을 감수하고 있습니다. 하지만 위상 큐비트만큼 위험한 것은 없습니다. 위상 큐비트는 아마도 이 제2의 양자혁명에서 가장 모험적인 도전일 것입니다. _ 〈아웃사이더들〉 180쪽

양자 컴퓨터는 예상치 못한 곳에서 작은 혁명을 일으킬 수도 있습니다. 바로 농업 분야입니다. 현재 질소 비료는 인구를 부양하기 위해 우리 사회가 지불하는 주요 에너지 비용 중 하나입니다. 이 비료를 생산하려면 질소를 암모니아로 전환해야 합니다. 이 화학 반응에는 400℃ 이상의 반응로가 필요하며, 전 세계 에너지의 1~2%를 소비하고, 대기 중에 같은 양의 CO2를 배출하고 있습니다. 이는 재앙입니다. 다행히 단순한 단백질, 질소 환원 효소Nitrogenase가 질소를 가열할 필요 없이 같은 작업을 수행할 수 있습니다. 만약 양자 컴퓨터가 그 작동 원리를 해독할 수 있다면, 그리고 공장에서 그것을 모방하기만 하면 오염을 발생하는 반응로는 더 이상 필요 없게 될 것입니다! _ 〈게임이 아닌 진짜 시뮬레이터〉 207쪽