빛의 양자컴퓨터

시작하며

제1장 양자의 불가사의한 현상
발열을 0으로 만들기 | ‘양자중첩’과 ‘입자와 파동의 이중성’ | 서로 대립하는 이론 | 공간을 뛰어넘는 상관관계

제2장 양자컴퓨터는 실현 불가능한 것인가
연구 개발의 가속 | 세계적인 기업과 연구기관의 뼈를 깎는 노력 | 쇼어 박사가 불러온 충격 | 고속 계산을 위한 세 가지 방법 | 저소비전력의 이유 | 양자역학의 중요한 네 가지 성질 | 양자비트로서의 양자중첩과 양자얽힘의 역할 | 극도로 어려운 양자컴퓨터 개발 | 연구 개발이 진행 중인 양자비트 방식들

제3장 빛의 가능성과 우위성
‘양자텔레포테이션’은 ‘텔레포테이션’이 아니다 | 불확정성원리로부터는 도망칠 수 없다 | 양자텔레포테이션의 방법 | 빛을 이용할 경우의 우위성 | 빔 스플리터로 양자얽힘 상태를 만들다 | ‘양자 오류 정정’이라는 높은 장애물 | 물리비트와 논리비트 | 양자 오류 정정의 구세주 | 빛이 앞서가는 양자 오류 정정 | 고속화와 광대역화를 양립시키다

제4장 양자텔레포테이션을 지배하다
양자텔레포테이션 연구의 계기 | 빛의 입자성을 다루는 한계 | 캘테크라는 터닝 포인트 | 빛으로 빛의 위상을 제어하다 | 차일링거 교수 그룹의 양자텔레포테이션 실험 | 1998년, 완전한 양자텔레포테이션에 성공하다 | 맥주 한 잔을 건 실험 | 2004년, 3자 간 양자얽힘 상태의 양자텔레포테이션 네트워크에 성공하다 | 실험 성공의 핵심

제5장 난제 타개의 포석
2009년, 9자 간 양자얽힘 상태의 제어에 성공하다 | 일본인이기에 할 수 있는 실험 | 2011년, 슈뢰딩거의 고양이 상태의 양자텔레포테이션에 성공하다 | 슈뢰딩거의 고양이 상태를 양자텔레포테이션 할 수 있는가 | 중력파 관측에도 공헌한 조임 상태의 빛을 개발하다 | 시판 제품이 없다면 스스로 개발한다 | ‘크레이지’한 벤처기업 사장과의 공동 개발 | 세계 최고 수준의 요구 사항

제6장 실현을 향한 카운트다운
시간영역다중을 확장하다 | 시간영역다중의 실현에 도전하다 | 빛으로 1만 배의 고속 성능도 실현 가능하게 | 시간영역다중 일방향 양자계산방식을 이용한 광양자컴퓨터 | 연속량 처리의 장점 | 2차원에서의 초대규모 양자얽힘 | 2015년, 양자텔레포테이션의 심장부를 광칩으로 만들다 | 광자메모리의 개발 | 혁신적 발명 ‘루프형 광양자컴퓨터’ | 이제 시야에 들어온 광양자컴퓨터의 완성 | 이례적인 연구 방침 | 양자컴퓨터가 가져올 미래 사회

마치며
옮긴이의 글

일반적으로 양자컴퓨터라고 하면 고전컴퓨터에 비해서 계산 처리 속도가 비약적으로 빨라진다는 점이 가장 기대되고 있으나, 본질은 그 점이 아니라고 나는 생각한다. 사실 그것보다 중요한 것은 매우 작은 에너지로 계산 처리를 할 수 있다는 점이다. 열에너지의 배출량을 이론상 영으로 만들 수 있는 양자컴퓨터가 실현된다면 인류에게 있어서 그 이상 좋은 것은 없을 것이다.
_제1장 양자의 불가사의한 현상

양자컴퓨터를 실현할 때 빼놓을 수 없는 ‘양자중첩’과 ‘양자얽힘(entanglement)’에 대해 설명해보자. 이들은 양자 특유의 아주 불가사의한 현상으로, 양자역학이 일반적으로 경원시되는 요인이기도 하다. 하지만 걱정할 필요는 없다. ‘원래 이런 것이다’ 하고 그대로 받아들이고, 일단 단어에 익숙해지는 것부터 시작하자.
양자중첩이란 한마디로, 하나의 양자가 여러 상태를 동시에 취하는, 즉 중첩된 현상을 가리킨다.
이 설명을 들은 것만으로는 ‘무슨 말을 하는지 전혀 모르겠다’라고 말하는 사람이 대부분일 것이다. 그래서 내가 먼저 소개하고 싶은 것이, 오스트리아 빈 출신의 물리학자 에르빈 슈뢰딩거이다. ‘슈뢰딩거의 고양이’나 ‘슈뢰딩거 방정식’에서의 그 슈뢰딩거이다.
_제1장 양자의 불가사의한 현상

우리는 광자라는 미시적인 세계만이 아닌, 광펄스라는 거시적인 세계에서도 양자텔레포테이션이 실현 가능하다는 것을 세계에서 최초로 입증한 것이다.
이 일련의 실험은 기초과학에 있어서 두 가지 큰 의의를 가지고 있다. 그것은 1935년에 슈뢰딩거가 의문을 던진 슈뢰딩거의 고양이 패러독스와, 아인슈타인 등이 제창한 EPR 패러독스라는, 양자역학의 여명기에 등장한 2대 패러독스에 대한 해답을 21세기의 기술을 사용해서 (실험실) 테이블 위에서 동시에 확인한 것이다. 20세기 전반에 제시된 이 두 가지 사고실험은 당시 고도의 실험 기술이 없었기 때문에 실증되지 못했지만, 지금 우리는 그것을 실현할 수 있는 21세기 기술을 가지고 있는 것이다.
_제5장 난제 타개의 포석