양자역학과 양자컴퓨터의 탄탄한 입문서로 자리매김한 『퀀텀의 세계』 이순칠 교수가 신작 『퀀텀의 시대』로 돌아왔다. 이순칠 교수는 첫 책을 출간한 뒤 ‘그래서 어떤 방식의 양자컴퓨터가 최종 승자인가요?’라는 질문을 숱하게 받았다. 이 책은 이에 대한 화답으로서 양자기술이 가져올 미래의 변혁과 이를 선도하기 위해 치열하게 경쟁하는 다양한 양자컴퓨터기술의 강점과 약점, 실용화 요건을 깊은 통찰로 이해하기 쉽고 현실감 있게 담아냈다. 양자물리의 등장은 인류가 세상을 인식하는 방식과 학문의 패러다임을 근본적으로 바꿔놓았다. 저자는 이를 문명의 첫 번째 퀀텀 점프, 즉 비약적 도약으로 보는 한편, 양자물리를 응용한 양자컴퓨터가 경제와 산업 전반에 변혁을 몰고 와 문명의 두 번째 퀀텀 점프를 이룩할 것이라고 내다본다. 대한민국 양자정보 1세대 연구자이자 최근까지 한국연구재단 양자기술단장을 맡으며 늘 양자컴퓨터 개발의 중심에 있던 저자는 남다른 통찰력으로 양자물리의 과거와 미래를 관통함으로써 현재의 양자기술 수준을 짚어내고 우리의 대처까지 제시한다. 한층 가까이 다가온 변혁의 문턱에서 이 책은 양자기술의 흐름을 읽어내는 눈을 길러줄 것이다.

여는 말 1부 문명의 첫 번째 퀀텀 점프 - 과거 1장 현대 물리의 충격 고전 물리의 찬란한 성과 | 현대 물리의 등장 | 이론과 실험 | 문명의 퀀텀 점프 2장 패러다임의 전환 중첩과 측정 | 존재와 인식 | 미래결정론 | 얽힘과 국소성 2부 문명의 두 번째 퀀텀 점프 - 미래 3장 양자기술의 대표 분야 양자기술의 태동 | 양자센서 | 양자통신 | 양자컴퓨터 4장 양자컴퓨터의 활용 분야 암호 해독 | 비트코인 | 분자 시뮬레이션 | 최적화 문제 | 미분방정식 | 양자인공지능 | 금융 | 양자컴퓨터가 가져올 미래 3부 양자기술의 현재 5장 양자기술의 투자 지형도 투자 현황 | 개발 현황 6장 양자컴퓨터 개발의 현주소 양자 이득 | 오류 정정 | NISQ 컴퓨터 7장 양자컴퓨터 경쟁 초전도 양자컴퓨터 | 이온덫 양자컴퓨터 | 중성원자 양자컴퓨터 | 광 양자컴퓨터 | 양자점 양자컴퓨터 | 점결함 양자컴퓨터 | 위상 양자컴퓨터 | 최후 승자의 요건 8장 우리의 대처 기업 | 국가 | 양자 윤리와 개인 맺는 말 부록 주 그림 및 사진 출처 찾아보기

양자물리는 완전히 새로운 물리 법칙이었다. 이 법칙으로 원자 세계를 들여다볼 수 있게 되면서 물리 연구에 신세계가 열렸다. 기존에 거시적인 관찰만으로 수립한 경험 법칙들을 기본 원리에서부터 이해할 수 있게 된 것이다. 할 일이 없다고 생각했다가 신세계가 열렸으니 그 당시 대부분의 물리학자는 비록 양자물리를 전공하지 않는다고 하더라도 양자물리에 큰 관심을 가졌을 것이고, 매일매일 새롭게 발견되는 사실들에 흥분하며 상황을 지켜보고 있었을 것이다. - 23쪽

벨 부등식의 증명은 양자기술의 탄생에 핵심 역할을 했다. 일단 비국소성이 확인되자 얽힘이 만들어내는 두 물체 간 순간적인 영향은 양자 상태의 순간이동, 슈퍼컴퓨터보다 빠른 양자컴퓨터, 도청이 근원적으로 불가능한 양자통신 등의 양자기술을 만들어낸다. 이 중에서 얽힘의 비국소성이 가장 직접적으로 와닿는 기술은 순간이동기술이다. 양자순간이동기술은 물체에 대한 정보를 순간 이동시킨다. 나를 이루는 수소, 탄소, 질소, 산소는 다른 별에도 있으므로 나를 구성하는 입자들의 정보를 먼 별에 보내고 그 정보에 따라 원소들을 조립하면 그 별에 나와 똑같은 물체를 만들 수 있다. 짐작할 수 있다시피 여기서 입자들의 정보를 순간적으로 보내는 과정에 얽힘이 사용된다. - 61쪽

보험회사 악사(AXA)에서는 자사 데이터에 양자컴퓨터가 풀지 못하는 양자내성암호를 거는 연구를 하고 있다고 한다. 암호를 풀 정도의 훌륭한 양자컴퓨터라면 빨라도 2035년 정도는 되어야 나올 것 같은데 왜 벌써 걱정을 하고 있을까? 어떤 회사의 비밀 데이터는 해킹해 빼내 오기도 어렵지만, 빼내 와도 암호가 걸려 있어 읽을 수가 없다. 그렇지만 회사들이 이렇게 방심하고 있을 때 비밀 데이터를 빼내 온 뒤 앞으로 10년 후 암호를 깰 수 있는 양자컴퓨터가 나왔을 때, 그때 가서는 읽을 수 있다. 이것을 회사의 입장에서 보자면, 지금 가지고 있는 기업 비밀이 10년 후에는 공개되어도 괜찮으면 상관이 없지만, 그렇지 않다면 지금부터 양자컴퓨터가 뚫지 못하는 양자내성암호를 걸어두는 연구를 해야 한다는 뜻이다. - 98~99쪽

양자컴퓨터가 나오면 이야기는 달라진다. 양자컴퓨터의 병렬처리는 해상도가 높은 워게임을 실시간으로 수행하여 전쟁 능력을 퀀텀 점프시킬 수 있다. 워게임을 잘하는 양자컴퓨터는 로봇 전투병, 무인 전투기, 드론, 무인 전차들을 지휘하여 적군과 싸우게 될 것이다. 우리 인간이 목숨을 걸고 하는 전쟁은 양자컴퓨터가 로봇을 데리고 하는 게임이 되어버린다. 물론 양자기술이 발달한 선진국 간의 전쟁일 때의 이야기이고, 양자기술이 없는 나라는 상대도 할 수 없다. 양자컴퓨터 덕분에 계산 능력이 아주 좋아지면 전쟁을 하기 전에 상대방과 나의 전력을 정확히 입력해서 내가 이길 수 있는지 없는지도 알게 되므로 전쟁할 필요도 없어질 수 있다. - 141쪽

양자컴퓨터 하드웨어는 아무리 뒤처져 있어도 개발하긴 해야 한다. 그런데 하드웨어 개발은 선진국의 추격이지만 우리나라가 선도할 수 있는 분야가 있으니 바로 소프트웨어다. 양자 정책이 수정되면서 산업화와 함께 점차 더 강조되는 두 가지 항목 중 하나로, 산업화와 밀접한 관련이 있다. 아직 쓸만한 하드웨어가 없는 마당에 알고리듬이나 소프트웨어의 개발은 공허하여 그간 크게 발달하지 않았다. 소프트웨어 개발은 공무원들이 좋아하는 ‘선도’라는 단어를 붙일 수 있다는 장점도 있지만, 소프트웨어 시장이 결국에는 하드웨어 시장을 능가할 것이라는 기대가 크다. - 153쪽

사람들이 양자기술에 대해 궁금해하는 질문 중 하나는 우리나라와 선진국의 양자컴퓨터 수준이 얼마나 차이가 있는지다. 하드웨어를 예로 들자면 우리나라에서는 1000큐비트 초전도 양자컴퓨터를 2025년부터 시작해서 2033에 완성하기로 로드맵이 짜여 있다. 그런데 IBM에서는 2023년에 이미 1000큐비트 양자컴퓨터를 발표했으므로 10년 정도 수준 차가 있다고 할 수 있겠다. 그리고 IBM에서는 2033년까지 10만 큐비트를 가진 양자컴퓨터를 개발하겠다고 공표했다. - 163쪽

실용적인 양자컴퓨터가 되는 데 필요한 요소 중에 내가 주목하는 요소는 결맞음 시간과 연결성이다. 이 두 가지 요소는 오류 정정 및 확장성과 관계가 있다. 위에서 언급한 여섯 가지 양자컴퓨터 시스템 중에서 세 가지는 기판 위에 큐비트를 만들어 작동하고, 나머지 세 가지는 큐비트가 외부 환경과 격리되어 있다. 전자에 속하는 세 가지는 초전도, 양자점, 점결함 양자컴퓨터고 후자에 속하는 세 가지는 이온덫, 중성원자, 광 양자컴퓨터다. 기판 위에 큐비트를 만드는 방식의 장점은 우리가 마음대로 CPU를 설계할 수 있으며 우리나라의 발달된 반도체소자 생산 기술을 응용할 수 있다는 점이다. 가장 큰 단점은 주변과의 상호작용에 취약하여 결맞음 시간이 짧고 연결성이 나쁘다는 점이다. - 224~225쪽

우선 양자컴퓨터의 영향을 받을 산업으로 매킨지 보고서는 제약, 화학, 금융, 자동차산업을 꼽았다. 본 리포트는 이 분야에서 양자컴퓨터가 창출할 부가 1500~3000조라고 평가한다. 이런 산업들이 선정된 것은 현재 불완전한 양자컴퓨터가 우선 기여할 수 있는 분야가 최적화와 분자 시뮬레이션이라고 평가되기 때문이다. 그렇지만 결국은 전술한 바와 같이 모든 산업이 예외없이 영향을 받을 수밖에 없다. 양자컴퓨터가 자신들의 회사에 어떤 변혁을 주게 될지 이해하고 있지 않으면 어느 날 갑자기 경쟁사에 밀리게 되고 그때 가서는 손을 쓰기 힘들 것이다. - 238쪽

★ 베스트셀러 『퀀텀의 세계』 이순칠 교수의 신작★ ㆍ 양자컴퓨터 과학의 국내 최고 권위자 ㆍ ㆍ 2022~2024 한국연구재단 양자기술단장 ㆍ 양자물리의 내용을 깊게, 양자기술의 현 상황을 넓게 다룬 멋진 책. -김범준(성균관대 물리학과 교수) 신뢰할 만한 안내서이자 깊이 있는 통찰을 전해주는 귀중한 동반자. -정재호(연세대 양자사업단장, 의과대학 외과학교실 교수) 우리의 미래와 직결된 이야기라는 메시지를 강하게 전달한다. -엄상윤(아이디퀀티크IDQ 대표) 지금, 우리 문명은 두 번째 도약의 문턱에 와 있다 양자기술 혁신을 이해하고 미래를 전망하는 가장 유용한 지적 나침반 ㆍ 퀀텀 점프(Quantum Jump): 원자가 에너지 준위를 순간적으로 뛰어넘는 현상. 물리학적 용어를 넘어, ‘비약적 도약’을 뜻한다. 양자역학과 양자컴퓨터의 탄탄한 입문서로 자리매김한 『퀀텀의 세계』 이순칠 교수가 신작 『퀀텀의 시대』로 돌아왔다. 이순칠 교수는 첫 책을 출간한 뒤 ‘그래서 어떤 방식의 양자컴퓨터가 최종 승자인가요?’라는 질문을 숱하게 받았다. 이 책은 이에 대한 화답으로서 양자기술이 가져올 미래의 변혁과 이를 선도하기 위해 치열하게 경쟁하는 다양한 양자컴퓨터기술의 강점과 약점, 실용화 요건을 깊은 통찰로 이해하기 쉽고 현실감 있게 담아냈다. 양자물리의 등장은 인류가 세상을 인식하는 방식과 학문의 패러다임을 근본적으로 바꿔놓았다. 저자는 이를 문명의 첫 번째 퀀텀 점프, 즉 비약적 도약으로 보는 한편, 양자물리를 응용한 양자기술이 경제와 산업 전반에 변혁을 몰고 와 문명의 두 번째 퀀텀 점프를 이룩할 것이라고 내다본다. 대한민국 양자정보 1세대 연구자이자 최근까지 한국연구재단 양자기술단장을 맡으며 늘 양자컴퓨터 개발의 중심에 있던 저자는 남다른 통찰력으로 양자물리의 과거와 미래를 관통함으로써 현재의 양자기술 수준을 짚어내고 우리의 대처까지 제시한다. 한층 가까이 다가온 변혁의 문턱에서 이 책은 양자기술의 흐름을 읽어내는 눈을 길러줄 것이다. 전 세계는 왜 양자컴퓨터에 주목하는가 기술의 흐름을 읽고 다가올 미래에 대비하는 출발점 첨단 기술의 발전 속도가 우리 일상에서 그 변화를 체감할 만큼 빨라지면서 기술에 대한 관심도 높아지고 있다. 그러한 기술 중 하나가 바로 양자컴퓨터다. 최근 엔비디아(NVIDIA)의 최고경영자 젠슨 황(Jensen Huang)이 양자컴퓨터가 20년은 지나야 실용화될 것이라고 발언한 뒤 관련 주가가 폭락했는데, 이는 그만큼 양자컴퓨터에 관심 있는 대중의 기대감이 높다는 것을 의미한다. 사람들은 이미 양자기술이 경제적·사회적 질서를 재편할 정도로 파급력이 클 것이라고 직감하고 있다. 그렇지만 그 원리와 실제 영향에 대해 제대로 이해하는 사람은 아직 많지 않은 것이 현실이다. 『퀀텀의 시대』는 바로 그 간극을 메우기 위해 쓰인 책이다. 저자는 양자물리의 핵심 개념을 쉬운 언어로 풀어내고, 이에 근거해 양자기술이 혁신적인 이유와 양자컴퓨터의 활용 분야를 설득력 있게 전달한다. 중첩과 얽힘이라는 양자물리의 원리를 응용한 양자컴퓨터는, 고전컴퓨터와 비교할 수 없을 정도로 놀라운 속도와 규모로 각종 문제를 처리할 것이다. 글로벌 회사와 각국 정부가 양자 시대에 대비하는 이유는 분명하다. 양자컴퓨터가 실용화되면 기존 암호 체계가 손쉽게 격파당해 국방·산업·금융 보안에 큰 위협이 될 수 있기 때문이다. 동시에 신약 개발, 산업 공정 최적화, 제조·물류·에너지 관리, 양자인공지능 등 다양한 분야에서 혁신과 효율성을 극대화할 수 있는 이 핵심 기술을 확보하기 위함이다. 저자는 양자물리가 세상을 바라보는 방식을 근본적으로 뒤바꾸었듯, 양자컴퓨터는 인류 문명을 새로운 단계로 도약시킬 것이라고 예견한다. 이 책은 그 거대한 변화를 과학 원리와 시대의 흐름 속에서 읽어내며 어렵게 느끼지는 양자기술의 혁신을 ‘이해할 수 있는 미래’로 바꿔준다. 양자컴퓨터가 만들어갈 다음 세상의 질서를 알고 싶다면, 이 책이 그 출발점이 될 수 있을 것이다. 양자컴퓨터 최후 승자의 요건은 무엇인가 우리의 미래를 책임질 기술, 양자컴퓨터의 도전과 핵심 과제 하루가 멀다 하고 양자컴퓨터에 관한 뉴스가 쏟아지고 있다. 양자컴퓨터는 현재 다양한 접근 방식으로 연구·개발되고 있다. 2000년경에는 핵자기공명 양자컴퓨터가 유행이었고, 2010년경에는 이온덫 양자컴퓨터가 유망했으며, 2020년경에는 초전도 양자컴퓨터가 유명했다. 2023년 말에는 중성원자를 이용한 양자컴퓨터가 놀라운 성능을 보여주며 등장했다(7장). 압도적인 우위를 점하는 양자컴퓨터기술은 아직 결정되지 않았다. 세계의 연구소와 기술 기업은 각자의 방식에서 가능성을 보고 연구에 몰두하고 있으며, 그만큼 양자컴퓨터는 치열한 경쟁 구도 속에서 빠르게 발전하고 있다. 국내 최초로 병렬처리 양자컴퓨터를 개발하며 양자정보 1세대 연구자로 주목받은 저자는, 2022~2024년에는 한국연구재단 양자기술단장을 맡아 국내 연구를 총괄했다. 이러한 활동으로 세계의 양자기술 개발 동향부터 우리나라 양자기술 전문가 개개인의 연구 주제까지 세세하게 파악할 수 있었다. 양자컴퓨터 개발의 중심에서 긴 시간 기술 발전을 지켜본 저자는 이 책에서 현재의 양자컴퓨터 연구가 도달하고자 하는 공통의 목표를 짚어내고, 각 양자컴퓨터의 원리와 강점, 핵심 과제를 정리한다. 나아가 양자컴퓨터 최후 승자의 요건과 양자컴퓨터 시장에 대한 의견을 피력한다. 특히 컴퓨터 저장 장치를 예로 들며 하드디스크와 USB 메모리가 다른 용도로 공존하듯이 양자컴퓨터 역시 2등 정도는 공존할 수도 있다는 전망이나, 자체적으로 양자기술 능력을 키우는 데 나서지 않을 경우 선진국의 양자기술에 종속될 가능성이 있다는 대목은 저자의 깊은 통찰이 빛나는 지점이다. 어떤 방식의 양자컴퓨터가 최종 승자인지를 묻는 질문에, 이 책은 치열한 경쟁이 펼쳐지는 양자컴퓨터의 세계를 넓고 깊게 이해할 수 있는 길을 열어준다. 양자기술이 과학의 영역을 넘어 산업과 국가 경쟁력의 핵심으로 부상한 지금, 이 책은 양자 시대를 이해하려는 독자에게 가장 명료한 지침서로 자리하기에 충분하다. 양자물리의 탄생부터 양자컴퓨터의 흐름, 윤리 문제까지 양자 시대를 단숨에 꿰뚫는 최고의 대중 교양서 상대론과 함께 양자물리의 등장은 물리학을 넘어, 인류의 인식 체계를 뒤흔든 거대한 사건이었다. 미시 세계에서 우리의 직관을 위배하는 실험 결과가 관찰되었고, 이를 설명하기 위해 등장한 새로운 이론이 양자물리였다. 양자물리에 의해 드러난 미시 세계의 질서는 기존의 상식이나 우리의 이성으로 도저히 이해할 수 없는 것이었으며, 이를 받아들이는 과정에서 사상과 문화에 영향을 끼쳐 인간이 세상에 대해 인식하는 방식을 근본적으로 바꿔놓았다. 양자물리에서 발견된 개념을 활용한 것이 양자기술이다. 양자물리를 통해 미시 세계에 대한 이해가 깊어지면서 현재는 원자와 전자 하나하나를 조작할 수 있을 정도로 기술이 발전했다. 양자기술은 우리의 미래를 어떻게 바꿔놓을 것인가? 우리는 그 길목의 어느 지점에서 무엇에 집중하고 있는가? 이 책은 양자 세계의 타임머신과도 같은 책이다. 저자는 물리학계의 과거 시대적 상황과 연구실 일화를 풀어놓으며 독자를 양자 세계로 초대한 뒤, 단숨에 미래를 관통하고, 다시 우리를 현재로 옮겨놓는다. 이 책은 「1부 문명의 첫 번째 퀀텀 점프 - 과거」, 「2부 문명의 두 번째 퀀텀 점프 - 미래」, 「3부 양자기술의 현재」로 구성되어 있다. ‘과거-현재-미래’의 구도가 아닌 ‘과거-미래-현재’의 구도를 취함으로써 현재 양자기술이 향하고 있는 방향과 그 의미를 입체적으로 보여준다. 또한 과학과 기술에 대한 이해를 넘어 중첩과 측정, 얽힘과 국소성 개념이 존재와 인식, 미래 결정론 등 물리학이 철학적 개념에 어떤 영향을 끼쳤는지를 소개하는 것은 물론, 양자컴퓨터기술로 인해 발생할 수 있는 윤리 문제에 대한 논의까지 열어두며 누구나 양자컴퓨터에 관심을 가져야 함을 설득력 있게 보여준다. 『퀀텀의 시대』는 기술을 넘어 시대와 문명을 이해하게 하는 통찰의 책이다. 양자가 세상을 어떻게 바꾸고 있는지를 생생하게 보여주며, 독자를 미래의 한복판으로 안내한다. 전작에서 독창적인 비유와 수식 없는 설명으로 대중에게 좋은 반응을 얻은 바 있는 저자는, 이 책에서도 흥미로운 이야기와 경험담을 곁들여 접근하기 쉬운 문체로 양자컴퓨터 이야기를 풀어냈다. 과학과 기술, 철학과 사회를 넘나드는 여정 속에서 양자컴퓨터가 열어젖힐 새로운 문명과 사고의 지평이 펼쳐진다. 이 단 한 권의 책을 통해 흥미진진한 ‘퀀텀의 시대’를 만나보자.