이 카테고리는 미래 지향적 기술 발전 현황과 그 가능성에 대해 공부해보려고 만들었습니다.
얼마전 재미 있는 책을 읽었습니다.
김상욱 교수님 집필 '김상욱의 양자 공부' 라는 책입니다.
양자 역학... 말만 들어도 뇌가 지끈 거리는데요. 역학이라는 단어에 거부 반응이 일어나는 것 같습니다.
책을 다 읽어도 알듯 말듯 아리송합니다.
양자 얽힘, 슈뢰딩거의 고양이, 불확정성 원리 등등...
조금 더 이해를 돕기위해 유투브를 찾아 봅니다.
그러다가 김상욱 교수님이 리뷰한 미드 하나가 검색 되더군요.
데브스 (Devs, 2020) - 왓챠
줄거리는 이렇습니다.
소프트웨어 엔지니어 주인공 릴리는 남자친구와 함께 꿈의 기업 ' AMAYA ' 에 일하며 행복한 미래를 꿈꿉니다.
거기서 남자친구 ' 세르게이 '가 세포 움직임을 예측하는 소프트웨어를 만들어 시연하고, 가능성을 확인 받지만, 불확실성 원리에 의해 5분도 안되 그 예측은 어긋나 실험은 실패로 돌아간 듯 했습니다.
거기서 회사 대표인 ' 포레스트 ' 가 세르게이를 주목하게 되고, 극비 부서 ' 데브스 ' 로 영입하게 됩니다.
첫 출근날 세르게이는 양자 컴퓨터를 처음으로 접합니다.
진공상태로 밀폐된 정사각형의 룸안에 위치한 영롱한 양자 컴퓨터를 보고, 코딩을 확인하는 순간 놀라움에 역겨움이 몰려와 화장실로 달려갑니다. 양자 컴퓨터와 코딩된 내용은 바로 과거와, 미래를 예측하는 것이었습니다.
그날 퇴근시간 세르게이는 실종되게 됩니다.
첫 출근에 실종된 남자친구를 찾기 위해 고군분투하는 릴리는 며칠 뒤, 세르게이가 분신 자살 했다는 소식을 접합니다.
온 몸에 기름을 붓고 불을 붙이는 남자친구의 CCTV를 확인하고 나서도, 도저히 현실을 받아 들일 수 없는 릴리.
예전 남자친구와 함께 그 비밀을 파헤치기 시작합니다.
스포가 될 수 있어 여기까지만 알려 드리고, 양자 컴퓨터가 어떤 원리로 과거와 미래를 예측한다는 것인지 알아 보겠습니다.
양자 컴퓨터
우선 양자 역학이 무엇인지 알아야 합니다.
양자 역학은 보이지 않는 미시 세계 (원자 영역) 를 연구하는 학문입니다.
현실 세계의 모든 것은 '원자' 로 이루어져 있습니다. 기체는 물론 우리의 뇌, 손, 액체... 이 우주 공간에 있는 모든 것은 원자로 이뤄져 있습니다.
원자는 원자핵과 전자로 이루어져 있으며, 원자핵 주위를 전자가 원주 운동을 하는 형태로 되어 있습니다.
원자의 크기가 축구공 만하다고 하면, 전자는 서울시 외곽 크기로 공전을 합니다. 그 사이는 아무 것도 없는 진공 상태입니다.
이 원자와 전자의 운동과 성질을 연구하는 것이 바로 양자 역학입니다.
이 양자 역학 덕분에 전자 공학이 발전되고, 우리가 손쉽게 쓸 수 있는 휴대폰, PC가 나오게 된 것입니다.
양자 역학의 꽃은 바로 반도체죠.
양자의 움직임은 인간이 아직 이해할 수가 없습니다. 엄청나게 발전된 현미경으로도 아직 원자를 직접적으로 관찰하는 것은 불가능하기에 기타 간접적인 방법으로 그 곳에 원자가 있고, 전자가 있다는 정도만 '예측'할 뿐인 것이죠.
양자의 움직임은 현실세계와 전혀 다릅니다. 우리가 '관찰'한다는 의미는 바로 빛이 어느 대상에 부딪혀 나오는 빛이 눈의 망막에 상이 맺혀 여러 화학적인 반응을 통해 뇌가 인지하는 것입니다.
'관찰' 되지 않은 원자와 전자는 불확정성의 원리를 따릅니다. 전자의 위치와 에너지를 정확하게 알 수 없다는게 핵심입니다.
너무 작은 전자는 우리가 '관찰'을 하려면 광자가 부딪혀서 우리의 눈이나, 어떠한 현미경에 돌아오는 빛을 활용해야하는데, 그 광자가 전자에 부딪히는 순간 전자의 에너지와 위치가 달라져 100% 완벽한 물리량을 알 수 없다는 것입니다.
그래서 확률로 나타냅니다.
이 양자 역학에 대해 상대성 이론을 창시한 현대 물리학의 아버지 '아인슈타인'은 '신은 주사위를 던지지 않는다'며 죽을때까지 인정하지 않았습니다. 우주의 모든것은 물리학으로 예측 가능하고, 계산 가능하다는 주장이었습니다.
양자 역학의 꽃이라고 부르는 반도체의 원리와 전자의 운동등은 다음 포스팅에 하나씩 공부해 나가볼게요.
저희가 사용하는 컴퓨터는 비트로 이루어진 반도체를 사용합니다. 쉽게 설명하면 반은 전기가 흐르고 반은 전기가 흐르지 않는 반쪽짜리 도체라는 뜻이죠. 정보는 0과 1로 된 2진법으로 전송됩니다.
헌데 양자컴퓨터는 큐비트를 사용합니다. 이 큐비트는 '양자 얽힘'이라는 특수한 상태를 유지하는데요. 바로 0 과 1이 동시에 공존 시킬 수 있는 상태를 말합니다. (이 또한 추후 포스팅으로 다루겠습니다. 일단 넘어갈게요.)
큐비트는 현재 기술로는 진공상태 + 절대온도 0도 (-273˚C)에서만 유지가 가능하며, 유지 관리하기 위해 천문학적인 유지비가 들고 있습니다.
현재 양자 컴퓨터를 개발하기 위해 전세계 국가는 물론, IBM, 구글, 마이크로 소프트등 세계적 기업도 돈을 쏟아 붓고 있습니다.
이 양자 컴퓨터는 현재 개발된 슈퍼컴퓨터가 몇백년이 걸려도 풀기 힘든 문제도 단 몇초만에 풀 수 있습니다.
현재 암호체계는 수학적 난제를 이용합니다. 소인수 분해를 이용하는 것인데요. 'RSA 암호체계'라고 불립니다.
양자 컴퓨터가 상용화 된다면 바로 이 계산이 간단하게 가능하게 되기 때문에, 지금의 암호체계는 무용지물이 될 수 있다는게 학계의 정설입니다.
그래서 다들 양자 컴퓨터의 개발에 열을 내고 있는 실정입니다.
물론 양자 컴퓨터에 무시무시한 목적만 있는 것은 아닙니다.
엄청난 수의 계산이 가능하게 되면, 모든 원자 구성을 예측 가능하게 될 것이고, 예를 들면 지구 상의 이산화탄소의 증가량과 기후 변화를 정확하게 예측 가능 할 수 있게 되고, 그런 데이터를 바탕으로 우리의 발전 가능한 미래상을 제시할 수도 있을 것입니다. 신의 영역에 도전하는 것이라고 봐도 무방합니다.
우리나라도 양자 컴퓨터 개발에 박차를 가하고 있습니다. 정부 차원에서 움직이고 있죠. 앞서 큐비트는 진공상태의 절대온도에서만 양자 얽힘 상태를 유지할 수 있다고 했는데요.
우리는 실온에서도 양자 얽힘이 가능한 큐비트를 연구하고 있습니다. 국뽕이 넘칩니다. ㅎㅎㅎ
오늘은 맛뵈기로 여기까지만 알아보고, 차차 제가 알아낸 재미 있는 정보를 포스팅 해 보겠습니다.
양자 역학은 미래가 아니라 현실속으로 다가와 있습니다.
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