퀀텀의 시대-인류 문명을 바꿀 양자컴퓨터의 미래와 현재-

★ 베스트셀러 『퀀텀의 세계』 이순칠 교수의 신작★

• 양자컴퓨터 과학의 국내 최고 권위자 •

• 2022~2024 한국연구재단 양자기술단장 •

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

• 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. 

이순칠

양자컴퓨터 과학의 국내 최고 권위자로 꼽히는 물리학자. 1987년부터 카이스트 물리학과 교수로 재직했으며, 현재 명예교수로 있다. 서울대학교 물리학과를 졸업하고, 미국 노스웨스턴 대학교에서 핵자기공명 양자컴퓨터 연구로 물리학 박사학위를 받았다. 일찍이 1989년 미국의학과학학회가 수여하는 실비아 소킨 그린필드상을 수상했으며, 대한민국 양자정보 1세대 연구자로서 국내 최초로 병렬처리 양자컴퓨터를 개발해 주목받았다. 2011~2013년 한국물리학회 부회장, 2013~2017년 카이스트 자연대학장을 맡았으며, 2022~2024년 한국연구재단 양자기술단장 겸 국가양자PM으로서 국내 연구를 총괄했다. 전작 『퀀텀의 세계』는 난해한 양자역학과 양자컴퓨터 기술의 원리를 수식 없이 독창적인 비유와 쉬운 언어로 풀어내 출간 즉시 대중에게 큰 관심을 받으며 아시아태평양이론물리센터(APCTP) 올해의 과학도서, 세종도서 교양부문에 선정되었다. 그 밖에 지은 책으로 『보이지 않는 것들의 물리학』, 『양자컴퓨터-21세기 과학혁명』이 있다.

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