세상에서 가장 쉬운 과학 수업 : 양자정보

세상에서 가장 쉬운 과학 수업

정완상 저자 지음

성림원북스 2025년 12월 10일 출간 국내도서 : 2025년 11월 17일 출간

작품소개

책소개

튜링의 계산기에서 차일링거의 양자순간이동까지 정보와 얽힘, 미래의 컴퓨팅을 여는 과학혁명의 서막

「노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학」 시리즈의 19번째 책 『양자정보』는 샤논의 정보이론에서 출발해 아인슈타인-포돌스키-로젠(EPR)의 문제 제기, 벨의 부등식, 아스페의 얽힘 실험,
차일링거 팀의 양자순간이동까지-‘정보’의 개념이 비트에서 큐비트로 어떻게 확장되었는지를 한 줄의 서사로 엮는다.
0과 1의 이진법, 블로흐 구로 그리는 중첩과 얽힘, 양자게이트와 알고리즘, 양자암호(QKD)와 위성통신까지, 오늘의 양자정보과학을 구성하는 핵심을 대화식 설명과 원전 읽기로 안내한다.
특히 2022년 노벨 물리학상을 수상한 존 클라우저·알랭 아스페·안톤 차일링거의 결정적 논문(얽힘 검증과 순간이동)을 원문으로 수록, 독자가 ‘양자적 사실’이 이론을 넘어 실험으로 확증되는 과정을 직접 따라가도록 했다.

목차

추천사
천재 과학자들의 오리지널 논문을 이해하게 되길 바라며
양자 세계의 문이 열리다 _ 도이치 박사가 말하는 차일링거의 양자정보 혁명(깜짝 인터뷰)

첫 번째 만남 _ 고전 정보이론과 컴퓨터의 탄생
정보는 어떻게 시작되었는가 _ 문자에서 암호까지, 인류의 정보혁명
암호를 푼 철학자, 알 킨디 _ 빈도 분석의 시작과 정보과학의 태동
0과 1로 보는 세상 _ 주역이 라이프니츠에게 가르쳐준 디지털의 뿌리
기계로 계산하다 _ 쉬카르드에서 라이프니츠까지, 계산기의 탄생과 진화
컴퓨터의 아버지, 찰스 배비지 _ 차분기관과 분석 엔진의 탄생
0과 1의 논리, 불대수의 세계 _ 조지 불과 디지털 논리의 기초
논리를 기호로 바꾼 사람, 드모르간 _ 드모르간의 법칙과 현대 논리학
엘런 튜링, 0과 1로 세상을 바꾸다 _ 컴퓨터를 꿈꾼 수학자와 디지털 혁명
튜링의 상상, 컴퓨터가 되다 _ 간단한 장치가 만든 복잡한 계산의 세계
컴퓨터는 어떻게 진화했는가 _ 전쟁, 과학, 그리고 인간의 상상력

두 번째 만남 _ 디지털 혁명의 뿌리를 찾아서
0과 1의 문을 연 찰스 피어스 _ 디지털 시대를 연 기호 논리의 창시자
기계로 생각하고, 놀이로 미래를 설계하다 _ 섀넌이 만든 디지털 우주
엔트로피, 정보의 얼굴을 바꾸다 _ 섀넌이 밝혀낸 불확실성의 의미

세 번째 만남 _ 큐비트로 여는 양자알고리즘의 세계
양자정보, 중첩에서 시작되다 _ 파동함수와 고유상태의 언어
상자 속 고양이의 운명 _ 슈뢰딩거 실험으로 본 양자의 세계
큐비트, 보이지 않는 정보의 가능성 _ 0과 1의 중첩과 붕괴
큐비트를 조작하는 기술, 양자게이트 _ 유니터리 행렬과 선형 변환
아다마르 게이트의 수학 _ 프랑스 수학자가 만든 양자연산의 기초
텐서곱이란 무엇인가 _ 두 큐비트를 하나의 상태로 묘사하다
복제할 수 없는 정보 _ 큐비트와 양자 복제금지 정리

네 번째 만남 _ 양자역학, 논쟁에서 실험으로
아인슈타인과 보어의 양자 논쟁 _ 양자역학은 완전한가
EPR 패러독스, 양자역학을 흔든 질문 _ 얽힘인가, 유령의 작용인가
벨 부등식의 도전 _ 얽힘인가, 숨은 변수인가
실험으로 드러난 양자 얽힘 _ 존 클라우저가 이끈 양자정보의 시대
빛보다 빠른 정보는 가능한가 _ 아스페 실험과 벨 부등식의 극복

다섯 번째 만남 _ 양자정보 시대의 개막
양자의 언어로 진리를 묻다 _ 양자세계를 설계한 안톤 차일링거
순간이동은 가능하다 _ 양자순간이동, 얽힘 스와핑과 미래의 통신
양자 얽힘의 스위치, CNOT 게이트 _ 제어 비트, 타깃 비트와 양자 논리
얽힘은 어떻게 생기는가 _ 아다마르 게이트와 양자 얽힘의 원리
보낼 수 없는 것을 보내는 법 _ CNOT와 얽힘이 만들어낸 양자순간이동
암호의 진화 _ 고대 암호부터 양자암호까지, 정보보안 2,500년의 여정
뚫리는 암호, 감지하는 센서 _ 양자보안과 초정밀 감지 시스템

여섯 번째 만남 _ 양자알고리즘과 양자컴퓨터
양자알고리즘의 탄생 _ 현실의 구조를 바꾼 도이치-요자 이론과 실험
양자의 두 날개 _ 쇼어 알고리즘, 그로버 알고리즘의 작동 원리와 영향력
도이치 알고리즘 _ 오라클 머신과 불함수로 여는 새로운 계산의 세계
양자컴퓨터, 계산의 한계를 넘다 _ 시커모어에서 IBM 이글까지

만남에 덧붙여
Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete?_1935년 아
인슈타인-포돌스키-로젠 논문 영문본
On the Einstein Podolsky Rosen Paradox_1964년 벨 논문 영문본
Experimental Realization of Einstein-Podolsky-Rosen-Bohm Gedankenexperiment: A New
Violation of Bell’s Inequalities _1982년 아스펙 그룹 논문 영문본
Experimental Quantum Teleportation_1997년 차일링거 그룹 논문 영문본
위대한 논문과의 만남을 마무리하며
이 책을 위해 참고한 책과 논문들
수식에 사용하는 그리스 문자
노벨 물리학상 수상자들을 소개합니다

인물정보

저자(글) 정완상 저자

과학에 대한 호기심으로 서울대학교 무기재료공학과에 다녔고, 물리를 향한 마음이 더욱 커져 한국과학기술원(KAIST)에서 이론물리학을 전공하며 석박사 학위를 받았다. 30세에 경상국립대학교 물리학과 교수가 되어 학생들에게 물리 사랑을 전파하고 있다. 초심을 잃지 않기 위해 꾸준히 연구하며 현재까지 국제 학술지(SCI 저널)에 300여 편의 논문을 게재했다. 직접 만나는 학생뿐만 아니라 더 많은 학생에게 과학과 수학의 즐거움을 알려주고자 책을 통해 독자를 만나고 있다. 「과학자가 들려주는 과학 이야기 시리즈」 중 『아인슈타인이 들려주는 상대성 이론 이야기』를 비롯한 31권과 「과학공화국 법정 시리즈」 50권을 집필했다. 최근에는 중학교에서도 통하는 초등수학을 카툰으로 그린 「개념 잡는 수학툰시리즈」를 출간했고, 노벨상 오리지널 논문을 쉽게 풀어낸 「노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학 시리즈」를 집필 중이다. 우리나라에서 노벨 과학상 수상자가 쏟아져 나오기를 바라는 마음에서 네이버 카페 「정완상 교수의 노벨상-오리지널 논문 공부하기」를 운영하기 시작했다.