문과생을 위한 양자컴퓨터 이야기

김석준 지음

주식회사 평산리서치 2023년 06월 05일 출간

작품소개

책소개

양자컴퓨터에 대하여 가장 쉬운 용어로 설명하는 책이다. 평산리서치의 “문과생을 위한 이야기”시리즈로 양자컴퓨터의 기본원리를 물리학을 공부하지 않은 사람이 물리학을 모르는 사람을 대상으로 설명하는 책이다.
양자컴퓨터는 아직 개발 가능성이 검증되지 않은 기술이지만, 개발이 완성되면 파급효과가 상당할 것으로 생각해서 선진국에서는 국가 프로젝트로 진행하고 있는 중이다. 하지만, 양자물리학으로부터 시작한 이론은 일반인이 쉽게 접근하지 못 할 정도로 어렵다. 본 책은 어려운 양자물리학과 양자컴퓨터를 물리학이라고는 전혀 모르는 작가가 하나씩 배워나가며 쓴 책이다. 작가는 양자컴퓨터의 내부 이론과 개발에 대한 내용을 공부하는 것 보다는 양자컴퓨터가 상용화가 되면 어떤 영향을 미칠 것인가에 대한 관심으로 이 책을 썼다고 한다.
가장 정확하게 양자컴퓨터의 이론을 설명하는 것보다, 너무 어려워서 접근조차 하지 못할 양자컴퓨터는 아니라는 것과, 세상에 등장한 후 생길 수 있는 변화를 알고자 하는 것에 대한 관점으로 쓴 책이다. 어려워서 생각도 하지 못할 양자컴퓨터가 아니라는 것을 알게하는 책이 되기를 바란다.

목차

작가의 글

제 1 장 양자컴퓨터는 무엇인가?
1. 양자컴퓨터 개요
2. 왜 양자컴퓨터인가
제 2 장 양자물리학
1. 양자물리학 개념
2. 양자물리학의 원리
3. 양자물리학 관련 실험
제 3 장 양자컴퓨터
1. 양자컴퓨터의 개발
2. 양자컴퓨터 동작 원리
3. 양자컴퓨터의 개발 과제
4. 양자컴퓨터 개발의 역사
제 4 장 양자컴퓨터의 영향
1. 암호화와 양자컴퓨터
2. 4차 산업혁명과 양자컴퓨터
3. 양자컴퓨터의 파급효과
제 5 장 양자컴퓨터의 현황과 미래
1. 기술 개발 현황
2. 미래를 여는 양자컴퓨터

책 속으로

양자컴퓨터는 양자물리학을 기초로 하여 만들어진다. 양자물리학은 이 분야의 대가라고 불리는 리처드 파인만조차도 “이 세상에서 양자물리학을 보고도 충격을 받지 않은 사람은 양자물리학을 제대로 이해하지 못한 사람이다.”라는 말을 할 정도로 어려운 학문이다. 어려운 학문을 배경으로 하고 있고, 기존의 컴퓨터와는 완전히 다른 양자물리학 기반의 기술을 이용하기 때문에 우리가 잘 알고 있는 컴퓨터와는 전혀 다른 모습이다. 외형도 그렇지만 내부 원리도 현재까지의 컴퓨터와는 많이 달라서 알기가 어렵다.
“제 1 장 양자컴퓨터는 무엇인가?”의 “양자컴퓨터의 특징” 중에서

물리학은 자연의 현상을 설명하기 위하여 모든 것을 수식으로 풀이한다. 가장 유명한 물리공식 중의 하나는 아인슈타인의 E=mc2이다. E는 에너지며, m은 물질의 중량이다. c는 광속 즉 빛이 날아가는 속도를 말한다. 이 수식은 물질의 중량은 에너지에 비례한다는 것을 말한다.
“제 2 장 양자물리학”의 “양자물리학은 확률 정의” 중에서

우리가 알고 있는 물건은 사실은 그 자체가 아니고 물건이 빛을 발하거나 또는 반사하여 우리의 눈으로 들어온 정보를 재해석한 것이다. 알고 있는 대부분이 이러한 과정으로 인식이 된다. 이렇게 들어온 정보는 과연 물질 자체를 정확히 우리에게 설명해 줄 수 있는 것일까?
“제 2 장 양자물리학”의 “불확정성의 원리” 중에서

이렇게 죽어있기도 하고 살아있기도 한 상태를 동시에 가지는 속성을 양자물리학에서는 중첩(Superposition)이라고 한다. 양자컴퓨터에서는 이러한 중첩의 특성을 이용한다. 기존 컴퓨터에서는 하나의 비트가 0 또는 1의 값을 갖게 되는데, 양자컴퓨터에서는 0과 1의 값을 동시에 가지고 있는 중첩의 속성을 가진 큐비트(Qubit, Quantum Bit)를 사용한다. 큐비트는 양자컴퓨터를 위하여 실제의 광자(光子)나 전자(電子)를 이용한다.
“제 3 장 양자컴퓨터”의 “중첩(Superposition) 개념의 등장” 중에서

2015년 구글에서는 54큐비트만을 사용하는 양자컴퓨터용 프로세서 ‘시커모어(Sycamore)’를 발표하고 최초로 양자우월성을 달성한 양자컴퓨터를 만들어 내었다고 발표하였다. 양자우월성이라고 하는 것은 양자컴퓨터가 기존의 슈퍼컴퓨터의 성능을 뛰어넘는다는 것을 의미한다. 구글은 현존하는 최고의 슈퍼컴퓨터가 1만 년 동안 풀어야 해결되는 문제를 200초 만에 풀어냄으로써 양자우월성을 증명하였다고 했다.
“제 3 장 양자컴퓨터”의 “양자우월성을 달성한 컴퓨터” 중에서

양자컴퓨터의 등장으로 현대 암호화 체계가 흔들리게 된다면 이에 대한 대비가 필요해진다. IT 시스템들은 모두 암호화를 기반으로 보안정보를 주고받는데, 암호화 체계에 대한 신뢰가 흔들린다는 것은 온라인의 거의 모든 것에 대해 신뢰할 수 없다는 이야기다. 모바일에서 현금이체 등 뱅킹을 하는 것을 포함하여, 서류를 온라인으로 지원하는 것도 역시 신뢰를 잃는다.
“제 4 장 양자컴퓨터의 영향”의 “양자컴퓨터와 양자암호” 중에서

양자컴퓨터의 등장을 가장 반기는 사람들은 4차 산업혁명이 세상을 바꿀 것으로 생각하는 사람들일 것이다. 4차 산업혁명은 디지털 트랜스포메이션을 기반으로 만들어지기 때문이다. 디지털 트랜스포메이션은 우리가 살고 있는 세상의 모든 것을 디지털 데이터로 구현한다. 현실공간을 디지털로 변환하는 것이 디지털트랜스포메이션이고, 이렇게 만들어진 디지털 데이터를 모아서 현실과 동일한 환경을 만들어 놓은 것이 디지털트윈이다.
“제 4 장 양자컴퓨터의 영향”의 “디지털 트랜스포메이션과 양자컴퓨터” 중에서

삼성전자는 직접 양자컴퓨터의 개발을 추진하기보다는 기술력 있는 스타트업에 투자하는 방식의 개발을 하고 있다. 2019년 미국의 유망 스타트업인 아이온큐에 투자하여 절대온도 0도의 극저온이 필요 없는 상온의 양자컴퓨터 기술을 개발하고 있다. 하버드대 양자정보과학연구소 출신 연구원들이 만든 스타트업인 알리오에도 투자하고 있다.
“제 5 장 양자컴퓨터의 현황과 미래”의 “양자컴퓨터 개발 현황” 중에서

양자컴퓨터는 어렵지만 지속적인 연구개발로 언젠가는 상용화가 될 것이다. 짧으면 5년 이내 상용화되겠지만 조금 더 긴 시간을 두고 봐야 할 필요는 있다. 하지만 개발이 되고 나서는 순간적으로 많은 분야에서 파급효과를 보이며 세상을 바꿔나갈 것이다. 이미 4차 산업혁명이라는 흐름으로 세상이 디지털화 가상화가 이루어지고 있으므로 이러한 현상을 더욱 가속화하는 역할을 할 것이다. 즉, 4차 산업혁명을 완성하는 마지막 열쇠가 될 기술이다.
“제 5 장 양자컴퓨터의 현황과 미래”의 “양자컴퓨터를 이용한 미래의 준비” 중에서

상상하는 사람만이 미래를 만들 수 있으며, 상상은 현실이 된다. 양자역학 영화에서 말한 것과 같은 의미로 우주의 기운이 텔레파시가 되어 상상이 현실이 된다고 말하는 것은 아니다. 하지만 실제로 양자역학과는 무관하게 상상이 현실이 되어 나가고 있다. 수많은 과학적인 상상이 현실이 되었으며, 앞으로도 그러할 것이다. 그중 하나가 양자컴퓨터다.
“제 5 장 양자컴퓨터의 현황과 미래”의 “미래세대가 양자컴퓨터를 보는 관점” 중에서

출판사 서평

물리학의 대가 파인만이 말한 양자물리학을 보고 충격을 받는다는 것은 일반인이 느끼기 어려운 상황이다. 아무리 봐도 이해되지 않고 그저 어렵기만 한 것이 물리학인데, 특히 양자물리학은 더 어렵다. 이러한 양자물리학을 기반으로 양자컴퓨터를 만든다. 아직 연구개발 단계에 있으며, 언제 상용화가 될지 확실하지 않은 분야의 학문이다. 하지만, 개발된다면 획기적인 변화를 일으킬 수 있기 때문에 미리 준비하지 않으면 안 되는 분야다. 이렇게 어렵지만 중요하기 때문에 어떠한 방법으로든 이해의 폭을 넓힐 필요가 있다. 문과생에게 쉬운 기술이야기로 풀어가고자 하는 “문과생을 위한 이야기”시리즈에서 이러한 관점으로 양자컴퓨터를 다루고자 발간한 책이다. 아직도 어렵고, 본 책에서 아무리 쉽게 설명해도 어렵지만, 이해를 시작하는 출발점으로서의 큰 의미를 지닌 책이라 생각된다.

작가정보

저자(글) 김석준

현재 전문작가로 활동 중이다. 스타트업과 중소기업 신사업 기획 및 경영전략 컨설팅도 겸하고 있다. 저술은 쉽게 이해할 수 있는 ICT 기술과 스타트업, 투자에 초점을 두고 있다. 2019년부터 2022년까지 (재)인천창조경제혁신센터의 센터장을 역임하였다. 센터장 임기 중 1년간 (사)창조경제혁신센터협의회 회장을 맡기도 했다. 서울대학교 경영학과를 졸업했고 KAIST(한국과학기술원)에서 경영과학으로 석사와 박사학위를 받았다. KT에서 마케팅 및 사물인터넷 등 신사업 기획을 담당하는 상무를 역임했고, 사물인터넷과 인공지능 등 4차 산업혁명의 전문가로 활동했다. 건국대학교 기술경영학과 초빙교수로 재직할 동안 “정보통신기술과 경영” 등 문과생에게 기업 경영에서 ICT 기술의 중요성에 대해 강의했다.
저서로 ‘4차 산업혁명 이후의 미래’(2018), ‘문과생을 위한 ICT 이야기’(2019), ‘기본소득과 디지털 유토피아’(2019), ‘SMART 융합기술과 혁신경영’(공저, 2020), ‘양자컴퓨터의 이해’(2021), ‘6G 이동통신의 이해’(2021), ‘전기자동차와 자율주행’(2021), ‘문과생을 위한 스타트업 이야기’(2022), ‘스타트업과 공공액셀러레이터’(2023), ‘4차 산업혁명 이후의 미래 2’ (2023), ‘나 혼자 책 쓰고 책 만들고’(2023)가 있다.