세상에서 가장 쉬운 과학 수업 : 양자정보

추천사
천재 과학자들의 오리지널 논문을 이해하게 되길 바라며
양자 세계의 문이 열리다 _ 도이치 박사가 말하는 차일링거의 양자정보 혁명(깜짝 인터뷰)

첫 번째 만남 _ 고전 정보이론과 컴퓨터의 탄생
정보는 어떻게 시작되었는가 _ 문자에서 암호까지, 인류의 정보혁명
암호를 푼 철학자, 알 킨디 _ 빈도 분석의 시작과 정보과학의 태동
0과 1로 보는 세상 _ 주역이 라이프니츠에게 가르쳐준 디지털의 뿌리
기계로 계산하다 _ 쉬카르드에서 라이프니츠까지, 계산기의 탄생과 진화
컴퓨터의 아버지, 찰스 배비지 _ 차분기관과 분석 엔진의 탄생
0과 1의 논리, 불대수의 세계 _ 조지 불과 디지털 논리의 기초
논리를 기호로 바꾼 사람, 드모르간 _ 드모르간의 법칙과 현대 논리학
엘런 튜링, 0과 1로 세상을 바꾸다 _ 컴퓨터를 꿈꾼 수학자와 디지털 혁명
튜링의 상상, 컴퓨터가 되다 _ 간단한 장치가 만든 복잡한 계산의 세계
컴퓨터는 어떻게 진화했는가 _ 전쟁, 과학, 그리고 인간의 상상력

두 번째 만남 _ 디지털 혁명의 뿌리를 찾아서
0과 1의 문을 연 찰스 피어스 _ 디지털 시대를 연 기호 논리의 창시자
기계로 생각하고, 놀이로 미래를 설계하다 _ 섀넌이 만든 디지털 우주
엔트로피, 정보의 얼굴을 바꾸다 _ 섀넌이 밝혀낸 불확실성의 의미

세 번째 만남 _ 큐비트로 여는 양자알고리즘의 세계
양자정보, 중첩에서 시작되다 _ 파동함수와 고유상태의 언어
상자 속 고양이의 운명 _ 슈뢰딩거 실험으로 본 양자의 세계
큐비트, 보이지 않는 정보의 가능성 _ 0과 1의 중첩과 붕괴
큐비트를 조작하는 기술, 양자게이트 _ 유니터리 행렬과 선형 변환
아다마르 게이트의 수학 _ 프랑스 수학자가 만든 양자연산의 기초
텐서곱이란 무엇인가 _ 두 큐비트를 하나의 상태로 묘사하다
복제할 수 없는 정보 _ 큐비트와 양자 복제금지 정리

네 번째 만남 _ 양자역학, 논쟁에서 실험으로
아인슈타인과 보어의 양자 논쟁 _ 양자역학은 완전한가
EPR 패러독스, 양자역학을 흔든 질문 _ 얽힘인가, 유령의 작용인가
벨 부등식의 도전 _ 얽힘인가, 숨은 변수인가
실험으로 드러난 양자 얽힘 _ 존 클라우저가 이끈 양자정보의 시대
빛보다 빠른 정보는 가능한가 _ 아스페 실험과 벨 부등식의 극복

다섯 번째 만남 _ 양자정보 시대의 개막
양자의 언어로 진리를 묻다 _ 양자세계를 설계한 안톤 차일링거
순간이동은 가능하다 _ 양자순간이동, 얽힘 스와핑과 미래의 통신
양자 얽힘의 스위치, CNOT 게이트 _ 제어 비트, 타깃 비트와 양자 논리
얽힘은 어떻게 생기는가 _ 아다마르 게이트와 양자 얽힘의 원리
보낼 수 없는 것을 보내는 법 _ CNOT와 얽힘이 만들어낸 양자순간이동
암호의 진화 _ 고대 암호부터 양자암호까지, 정보보안 2,500년의 여정
뚫리는 암호, 감지하는 센서 _ 양자보안과 초정밀 감지 시스템

여섯 번째 만남 _ 양자알고리즘과 양자컴퓨터
양자알고리즘의 탄생 _ 현실의 구조를 바꾼 도이치?요자 이론과 실험
양자의 두 날개 _ 쇼어 알고리즘, 그로버 알고리즘의 작동 원리와 영향력
도이치 알고리즘 _ 오라클 머신과 불함수로 여는 새로운 계산의 세계
양자컴퓨터, 계산의 한계를 넘다 _ 시커모어에서 IBM 이글까지

만남에 덧붙여
Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete? _ 1935년 아인슈타인-포돌스키-로젠 논문 영문본
On the Einstein Podolsky Rosen Paradox _ 1964년 벨 논문 영문본
Experimental Realization of Einstein-Podolsky-Rosen-Bohm Gedankenexperiment: A New Violation of Bell’s Inequalities _ 1982년 아스펙 그룹 논문 영문본
Experimental Quantum Teleportation _ 1997년 차일링거 그룹 논문 영문본
위대한 논문과의 만남을 마무리하며
이 책을 위해 참고한 책과 논문들
수식에 사용하는 그리스 문자
노벨 물리학상 수상자들을 소개합니다

저자는 본격적으로 양자 알고리즘과 양자컴퓨터에 관한 이야기를 소개합니다. 양자순간이동이 양자 얽힘과 어떻게 연관되는지, 그리고 실제 통신이나 위성에서 활용할 수 있음을 밝혀낸 실험을 설명하고 있습니다.

이전 실험들, 예를 들어 클라우저나 프리드먼의 실험은 ‘국소성’과 ‘실재론’을 모두 배제할 수 없었어요. 측정 각도를 미리 정해놓거나 장비 간의 거리가 충분치 않아서 논리적으로 완벽하진 않았죠. 하지만 차일링거는 1997년 실험에서 얽힌 광자 쌍이 날아오는 도중에 측정 장비의 설정을 무작위로 바꿔버렸어요! 그것도 나노초 단위로요.