책이름 : 양자컴퓨터의 미래
지은이 : 미치오 카쿠
옮긴이 : 박병철
펴낸곳 : 김영사
미국 이론물리학자 미치오 카쿠(加來道雄, 1947- )의 『양자컴퓨터의 미래』는 양자컴퓨터의 기본 개념, 역사와 종류, 개발을 둘러싼 치열한 경쟁, 양자 시대로의 전환을 위해 필요한 돌파구…등 양자컴퓨터의 힘과 가능성을 그려냈다. ‘궁극의 컴퓨터’라 불리는 양자컴퓨터는 우주를 통째로 시뮬레이션할 정도의 막강한 연산능력으로 인류의 삶에 일대 혁명을 몰고 올 것으로 전망된다. 지구온난화, 식량 및 에너지 부족, 난치병과 노화 방지, 나아가 생명과 우주의 비밀을 푸는 열쇠를 쥐고 있다고 주장했다. 책은 4부에 나뉘어 17장, 에필로그로 구성되었다.
1부 양자컴퓨터의 부상. 트랜지스터로 작동하는 기존의 컴퓨터와 달리 양자컴퓨터는 모든 계산을 작은 물체인 원자 규모에서 수행. 구글의 양자컴퓨터 시카모어는 53개의 큐비트로 720억x10억 바이트(1바이트=8비트)의 메모리를 처리, 기존 컴퓨터는 주산 수준에 불과. 양자컴퓨터는 광합성 효율을 높이거나, 태양에너지를 활용하여 식량문제 해결. 생명현상을 가장 근본적인 단계에서 양자역학으로 설명.
2천년 고대 그리스인들의 최초 컴퓨터 ‘안티키테라’. 모든 컴퓨터는 영국 수학자 앨런 튜링의 튜링 머신이 현실세계에 구현된 사례. 막스 플랑크는 실질적인 계산을 위해 양자의 크기를 나타내는 수를 도입, 양자역학의 상징인 플랑크상수h. 슈뢰딩거의 파동 방정식을 풀어서 핵 주변을 선회하는 전자 파동의 공명을 구하면 모든 원소의 특성을 설명.
손톱만한 크기에 수십억개가 들어갈 정도로 작은 20세기 최고의 발명품 트랜지스터. 양자컴퓨터가 생명의 기원에 숨겨진 양자역학을 밝혀 광합성의 비밀을 풀고, 모자라는 식량을 늘리고, 충분한 에너지를 생산하고, 난치병을 치료할 수 있다면, 인류의 문명은 완전히 새로운 단계로 진입할 것.
2부 양자컴퓨터와 사회. 생화학자 월터 길버트는 DNA 분자에 담긴 유전자 정보를 빠르게 읽는 기술을 개발. 인간유전체 프로젝트를 설계하고 추진한 중심인물 프랜시스 콜린스는 1989년 낭성섬유증을 유발하는 돌연변이 유전자 발견. 양자컴퓨터로 현실적인 분자 모형이 완성되면, 과학자들은 원자를 나노초 단위로 시뮬레이션하면서 화학반응이 일어나는 과정을 관찰.
광자가 엽록소를 때리는 순간 ‘엑시톤exction'이라는 진동에너지가 발생하여 잎의 표면을 따라 전달되고, 에너지는 잎 표면에 있는 ’에너지수집센터’에 모여서 이산화탄소를 산소로 바꾸는데 사용. 공기 중에서 질소를 추출하는 화학적 과정을 발견하여 인류의 역사를 바꾼 독일 화학자 프리츠 하버. 질소고정효소 분자의 작동원리를 알려면 양자컴퓨터가 유일한 해결책.
3부 양자역학. 신약을 개발하고 약의 작용원리를 분자 수준에서 분석할 수 있는 양자컴퓨터. 바이러스의 분자 구조가 밝혀지면 바이러스가 신체에 미치는 영향을 양자컴퓨터로 시뮬레이션하여 위험 정도를 미리 판단하고 대책 마련. 유전자 치료와 크리스퍼에 양자컴퓨터를 결합하면 유전자를 최고의 정밀도로 정확하게 절단하고 이어 붙여서 부작용을 최소화.
인공지능과 양자컴퓨터가 하나로 합쳐지면 양자컴퓨터는 신경망과 같은 새로운 시스템을 배울 수 있고, 인공지능은 막강한 계산능력을 확보. 노인성 질병은 대부분 프리온이 유발, 양자컴퓨터를 분자 수준에서 나쁜 프리온을 무력화시키고 제거. 열역학 제2법칙에 의하면 노화는 주로 분자와 유전자, 세포 수준에서 오류가 축적되어 나타나는 결과.
4부 세상과 우주의 모델링. 1880년 이후로 전 세계의 해수면은 20센티미터 상승, 2100년이 되면 30-240센티미터까지 상승하고, 해수면이 1센티미터 높아질 때마다 바닷가 육지는 수평으로 100센티미터씩 수몰. 무게가 500톤이 넘는 국제열핵융합실험로(ITER)은 국제우주정거장(ISS), 대형강입자충돌기(LHC)와 함께 역사상 가장 정교한 과학 장비. 도넛의 지름은 19.5미터이고 높이는 11.3미터이며, 플라스마를 가두는 자기장은 지구 자기장보다 28배 강한 ITER.
Milky Way galaxy(은하수)에는 1천억개의 별이 있고, 허블망원경으로 관측할 수 있는 은하의 수가 1천억개이므로 관측가능한 우주에 존재하는 별의 수는 약 1천억x1천억=10²² 개로 추정. 별들의 위치와 크기, 온도, 구성 성분 등을 분류하여 행성 백과사전을 만들고, 우주에서 얻은 데이터를 저장하고 분석하려면 양자컴퓨터가 반드시 필요.
태양 플레어는 태양 표면의 자기력선이 교차하는 곳에서 엄청난 양의 에너지가 전자의 양성자 또는 이온의 형태로 격렬하게 방출하는 현상. 1859년의 ‘캐링턴 사건’이 재발되면 현대문명은 완전히 멈출 수 있고, 세상은 암흑천지가 되면서 최소 150년 전으로 되돌아 갈 것.
「에필로그」 우주는 양자컴퓨터가 아니지만 우주에서 일어나는 모든 현상은 양자컴퓨터로 코드화. 양자컴퓨터는 기본입자와 DNA에서 블랙홀, 빅뱅에 이르기까지 물리적 세계의 모든 형상을 시뮬레이션화.