양자 텔레포테이션으로 인간을 전송할 수 있을까?

지은이의 말
Introduction_간단하게 훑어보는 양자역학

1장. 아브라카다브라! 신비한 양자의 세계
미시 세계의 주민은 모두 양자 / 흰색일 수도 있고 검은색일 수도 있는 수수께끼의 양자 오셀로 / 확률이 공존하는 중첩 상태는 아닐까? / 오셀로로 알아보는 양자 얽힘의 모순: EPR 역설 / 동시성의 상대성 vs 동시성의 절대성 / 정보의 이동 속도는 광속보다 빠를까? / 상식과 동떨어진 양자의 세계 / 양자 텔레포테이션으로 순간 이동을 할 수 있을까? / 무엇이 전송될까? 전송된 물질은 진짜일까? / 양자 텔레포테이션 실용화까지 앞으로 한 발짝 / 인간을 텔레포테이션하려면?

2장. 미시 세계의 문이 열리다
용광로는 정확히 몇 도일까? / 19세기 물리학자들의 고민 / 빛 에너지는 불연속적이다: 양자의 존재를 예언한 플랑크 / 세계의 법칙을 지배하는 세 숫자: 플랑크 상수, 광속, 뉴턴의 중력 상수 / 빛은 파동이다: 발상을 바꾼 맥스웰 / 빛은 입자이다: 아인슈타인의 광양자 가설 / 빛은 파동인 동시에 입자이다 / 전자도 입자인 동시에 파동이다: 드 브로이 가설 / 전자가 원자핵 주위에 존재하는 이유: 보어의 원자 모형과 양자 조건 / 파동의 형태로 원자핵 주위를 도는 전자 / 두 방정식 중 올바른 식은?: 하이젠베르크와 슈뢰딩거 / 관측한 순간에 양자의 파동이 수축한다고?: 슈뢰딩거의 주장 / 전자가 그 자리에서 발견될 확률을 나타낸 파동 함수: 보른의 주장 / 실체가 없어 순식간에 붕괴해도 문제없는 파동 함수 / 정확한 원리를 몰라도 결과가 도출되는 코펜하겐 해석

3장. 양자역학의 미스터리
쉽게 이해하는 이중 슬릿 실험 / 빛의 간섭을 증명하는 간섭무늬 / 전자가 하나씩 떨어져 있어도 나타나는 간섭무늬 / 아인슈타인-보어 논쟁: 간섭무늬와 관측은 양립할 수 있는가? / 미시 세계와 거시 세계의 경계는? / EPR 역설 역시 주목받지 못하고…… / 사고 실험 ‘슈뢰딩거의 고양이’: 삶과 죽음의 중첩 상태 / 중첩 상태가 붕괴하는 양자 결어긋남의 원리는 여전히 수수께끼

4장. 양자역학, 증명 완료!
아직 발견되지 않은 ‘숨은 변수’가 있는 게 아닐까? / 덧셈과 뺄셈으로 이해하는 벨 부등식: CHSH 부등식 / 벨 부등식의 위배를 증명한 아스페의 실험 / 부등식에 숨어 있던 암묵적 전제

5장. 핵융합 스캔들과 초전도 열풍: 양자의 빛과 어둠
양자역학으로 이해하는 핵분열과 핵융합 / 태양은 무엇을 ‘태워서’ 에너지를 만들까? / 태양의 핵융합이 가능한 이유는 터널링 효과 때문 / 꿈의 에너지, 핵융합로 / 국제 핵융합 실험로 ITER 계획 / 20세기 최대의 과학 스캔들, 상온 핵융합 / 송전 손실을 최소화하는 초전도체 / 금속은 왜 저온에서 초전도 상태가 될까? / 양자역학으로 해석한 쿠퍼 쌍과 초전도 현상 / 전 세계를 떠들썩하게 한 고온 초전도체 / 노벨상 수상이 유력했던 신예 연구자 쇤의 사기극

6장. 양자의 시대가 온다: 양자 컴퓨터와 암호
컴퓨터의 초창기 역사 / 슈퍼컴퓨터로도 풀기 힘든 외판원 순회 문제와 소인수분해 / 양자 3형제: 파인만, 도이치, 에버렛 / 거시적 관측은 중첩 상태를 붕괴시킨다: 코펜하겐 해석 / 우리가 사는 우주가 무수히 분기한다: 에버렛의 다세계 해석 / 우주의 시작점에서는 성립하지 않는 코펜하겐 해석 / 양자 컴퓨터의 기초, 2진법 / 종언을 맞이한 무어의 법칙: 성능 향상의 한계 / 다중 우주의 양자 컴퓨터가 계산을 돕고 있다고? / 양자 게이트로 좁힌 정답 후보 / 소인수분해를 이용한 RSA 암호의 위기 / 양자 암호의 시대가 온다 / 조합 최적화 문제 해결에 적합한 양자 어닐링 / 양자 컴퓨터의 현 상황 ①: 어떤 방식으로 큐비트를 구현할까? / 양자 컴퓨터의 현 상황 ②: 실용화에는 오류 정정 기술의 발전이 필수

7장. 블랙홀을 양자역학으로 규명하다
상대성 이론으로 고찰한 블랙홀: 공간 자체가 낙하하다 / 태양보다 100억 배 큰 초대질량 블랙홀 / 서로 닮은 두 물리 법칙: 블랙홀 역학 제2 법칙과 엔트로피 증가 법칙 / 엔트로피의 정체는 거시 상태에 대응하는 미시 상태의 수 / 블랙홀의 엔트로피 = 알 수 없는 미시 상태의 정보량 / 양자를 공간에 퍼져 있는 장의 진동으로 해석하는 양자장론 / 진공 요동(영점 진동) / 진공에서 끊임없이 일어나는 쌍생성과 쌍소멸 / 진공에서 생겼다가 사라지는 양자 얽힘 / 광자의 쌍생성으로 블랙홀이 증발한다: 호킹 복사 / 블랙홀 정보 역설: 정보의 소실 / 양자 얽힘을 완벽하게 관측하면 정보가 사라지지 않는다 / 초끈 이론: 양자 중력 이론의 유력 후보 / 초끈 이론으로 해석한 블랙홀의 엔트로피 / 중력이 중력 이외의 힘과 동등하다고?: 말다세나 추론 / 블랙홀 내부는 웜홀의 입구: 섬 가설

8장. 양자 얽힘이 시공간을 만든다
통조림 수프로 이해하는 말다세나 추론 / 공간과 양자 얽힘의 관계: 류-다카야나기 공식 / 양자 얽힘이 공간을 만든다고?: 공간의 창발 / ‘장’을 매개로 작용하는 힘: 일반 상대성 이론 복습 ① / 시공간을 왜곡하는 원인은 물질: 일반 상대성 이론 복습 ② / 아인슈타인-로젠 다리(=웜홀) / ER=EPR의 의미 / 중력이 양자 얽힘으로 만들어진다고? / 양자 컴퓨터로 밝힌 양자와 시공간의 연결고리

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양자와 같은 성질을 띠는 오셀로 돌에 빗대어 양자가 얼마나 신비한 존재인지 설명해 보자. 보드 위의 흰 돌과 검은 돌을 통틀어 ‘오셀로’로 부르기로 한다. 한쪽 면이 흰색, 반대쪽 면이 검은색으로 되어 있는 일반적인 오셀로와 달리 양자 오셀로는 각 면이 흰색과 검은색으로 구분되어 있지 않다. 그러나 상자를 열면 흰색이나 검은색 중 한 가지 색을 볼 수 있다. 이는 양자 오셀로에 두 가지 상태가 겹쳐져 있다가 관측하는 동시에 한 가지 상태로 결정되기 때문이다. 양자 오셀로는 우리의 상식과 동떨어진, 매우 신비한 성질을 띠고 있다.
_1장. 아브라카다브라! 신비한 양자의 세계

1923년, 루이 드 브로이는 누구나 입자라고 굳게 믿고 있던 전자가 파동처럼 행동한다(파동성)는 과감한 예측을 내놓았다(드 브로이 가설). 당시 전자의 파동성을 증명하는 증거는 어디에도 없었지만, 드 브로이는 광자에서 발견된 입자성과 파동성이 광자뿐만 아니라 미시 세계의 모든 입자에 보편적으로 적용된다고 생각했다. 보통 전자를 비롯한 양자는 입자로 간주하지만, 이를 파동으로 해석할 때는 물질파라고 부른다.
_2장. 미시 세계의 문이 열리다