처음 만나는 양자의 세계ㅣ채은미ㅣ양자 공부

서점에서 알게된 책이다. 양자에 대해서 읽어도 무슨 소린지 모르겠어서 완전 입문용으로 나온 이 책이 도움이 될 것 같았다.

그런데, 분명 저자는 너무나도 쉽게 풀어서 설명해주고 있다는 걸 알겠는데도, 여전히 무슨 소린지 잘 모르겠다.

기초지식이 너무 없어서 그런 것 같다. 그래도 양자에 대해서는 계속해서 공부해볼 생각.

AI, 블록체인, 양자.

 

113) 그런데 앞서 '중첩' 개념을 설명하면서, 측정에 대해 잠깐 이야기했었는데 기억하시나요? 0과 1이 동시에 존재하는 중첩 상태에서도 측정을 하면 결과는 0 아니면 1, 둘 중 하나가 무작위로 나온다고 말씀드렸습니다. 이를 바탕으로, 다음과 같은 의문이 든다면 여러분은 이 책을 잘 읽어온 것입니다.
"A-xxx의 값을 알아내는 계산 과정에서 우리가 결과를 알려면 측정이 필요한데, 측정했을 때 그 값이 랜덤하게 나온다면 어떻게 정답을 알 수 있는 거지?"
이런 의문은 매우 당연합니다. 중첩 상태를 한 번 측정하면 어떤 값이 나올지 예측할 수 없습니다. 하지만 이것을 여러 번 반복해서 측정하면, 각각의 결과가 나올 확률 분포를 얻을 수 있다고 했었지요. 양자 컴퓨터도 이 점을 활용합니다. 한 번의 측정으로는 원하는 정답을 얻을 수 없지만, 같은 계산을 반복해서 여러 번 수행함으로써 그 계산 결과들의 분포를 얻고, 이 분포 안에서 정답을 얻는 것이지요.

양자 역학은 이처럼 수많은 과학자들의 통찰과 도전이 쌓여 완성된 학문입니다. 그리고 오늘날 우리가 사용하는 반도체, 레이저, 양자 컴퓨터 등 첨단 기술의 토대가 되었지요. 우리가 사용하는 많은 기술이 이 작은 양자의 세계에 기반을 두고 있다는 사실은 과학의 경이로움을 다시 한번 깨닫게 합니다
보이지 않는 아주 작은 세계를 이해하려는 인간의 노력은, 결국 우리가 사는 거대한 세상의 원리를 밝혀내는 열쇠가 되었습니다. 이처럼 양자 역학은 단지 물리학의 한 분야를 넘어, 우리가 세상을 이해하고 미래를 상상하는 방식 자체를 바꿔 놓았습니다. 그리고 이 위대한 지적 여정은 앞으로도 계속 이어지겠지요.

양자 중첩과 얽힘이 단지 이론 속 개념이 아니라, 우리가 실제로 만들고 우리 뜻대로 제어할 수 있다는 사실이 놀랍지 않나요? 지금 우리는 수백 개의 큐비트를 다루는 수준에 머물러 있지만, 언젠가는 수백 만 개의 큐비트가 완벽한 조화를 이루며 작동하는 양자 컴퓨터를 마주하게 될 것입니다. 그리고 현재의 양자 컴퓨터 개발 속도를 감안해 보면 그 미래는 생각보다 가까이 다가와 있을지도 모르겠습니다.

양자 컴퓨터가 물질•분자 시뮬레이션에서 뛰어난 성능을 발휘하는 비결은 3가지 핵심 원리, 바로 중첩, 얽힘 그리고 간섭에 있습니다. 앞에서도 여러 번 이야기했지만 중요 한 부분이니 한 번 더 각각의 특성을 이야기해 보겠습니다. 먼저 중첩은 0과 1, 두 상태를 동시에 가질 수 있는 특성으로, 여러 경우를 한 번에 계산할 수 있게 해 줍니다. 이를 활용하면, 예로 분자의 모든 가능한 구조를 동시에 탐색할 수 있지요. 얽힘은 두 큐비트가 강하게 연결되어 한 큐비트의 상태가 바뀌면 다른 큐비트도 즉시 영향을 받는 현상입니다. 덕분에 원자 간의 복잡한 상호작용을 더욱 정밀하게 모델링할 수 있습니다. 마지막으로 간섭은 양자 상태들이 파동처럼 겹치면서, 올바른 답은 강화하고 잘못된 답은 상쇄하는 효과를 만들어 냅니다. 이 3가지 원리가 결합되면 양자 컴퓨터는 방대한 후보 해답 중에서 정확한 답을 빠르게 골라낼 수 있습니다.

252) 양자 컴퓨터의 시플레이션 능력은 앞으로 더욱 강력해질 것입니다.
큐비트 수와 연산 정확도가 항상되면, 수천·수만 개 원자. 복잡한 생체분자, 나노 소재까지 직접 시뮬레이션할 수 있게 됩니다. 이는 신약 개발의 성공률을 높이고, 친환경•고효율 배터리와 신소재 개발을 앞당기며, 실험 비용과 시간을 획기적으로 줄이는 혁신으로 이어질 것입니다. 궁극적으로, 양자 컴퓨터는 자연계의 복잡한 현상을 인간이 원하는 대로 예측하고 설계할 수 있는, 말 그대로 '디지털 실험실'로 자리 잡게 될 것 입니다. 그리고 그 실험실의 문은 과학자뿐 아니라 인류 모두가 미래를 새롭게 설계할 수 있는 가능성으로 열려 있겠지요.