양자 문명

추천사
들어가는 글

1장. 전기 문명
유리와 서양 과학
프리즘에서 양자역학까지
자석에서 전기 문명으로
전기 문명의 영웅들
유선 전신에서 전화의 발명까지
무선통신의 시대
전기 문명과 양자 문명의 만남: 벨 연구소

2장. 세 번째 양자 문명
하디와 첫 번째 양자 문명
두 번째 양자 문명: 반도체 소자
2준위 양자계
두 번째 양자 문명: 레이저
세 번째 양자 문명
토머스 쿤의 패러다임 전환

3장. 중첩, 얽힘, 측정, 붕괴
행렬역학, 파동역학, 확률적 해석
양자 중첩 이해하기
중첩에 관한 사고실험
얽힘에 관한 사고실험
아인슈타인의 마지막 위대함
중첩과 얽힘을 기하학적으로 이해하기

4장. 양자컴퓨터
양자컴퓨터의 사상가들
양자컴퓨터의 무어의 법칙
양자 연산의 명암 이해하기
양자컴퓨터의 ‘킬러앱’
양자컴퓨터의 쓸모
계산기의 역사

5장. 양자공학
얽힘: 상상에서 현실로
초전도 큐비트 만들기
이온과 원자로 큐비트 만들기
양자컴퓨터 개발
양자 오류 정정
양자 이득, 양자 우월성, 양자 암호
인공지능과 양자컴퓨터의 만남

맺음말

한눈에 보는 양자 문명사(연표)
참고 문헌
찾아보기

20세기에 들어와 양자역학 덕분에 원자의 작동 원리를 제대로 이해하기 시작한 인류는 원자 속 깊숙이 숨겨져 있던 막대한 에너지에 손을 대기 시작했다. 핵에너지를 제어하고 사용하는 방법을 통달하는 과정에서 양자 문명이 탄생했다. 양자역학은 원자의 궁극적 비밀을 밝혀낸 과학적 쾌거였을 뿐 아니라 인간과 물질 사이의 관계를 새로 쓰게 된 계기이기도 했다. 반도체와 레이저는 양자역학을 일상생활에 응용할 방도를 찾는 과정에서 탄생한 물질이다. 물질이 작동하는 방식을 원자 수준에서 이해하기 시작한 순간부터, 인간은 새로운 물질을 우연히 발견하는 수동적인 존재에서 신물질을 능동적으로 설계하고 합성하는 존재가 되었다

양자역학의 가장 섬세하고 궁극적 측면인 중첩과 얽힘과 확률적 현실을 우리가 배우고 친해져야 할 이유는, 양자가 이미 과학을 넘어 문명의 한 단계가 되었기 때문이다. 이미 성숙한 토대 위에 놓인 증기 문명과 전기 문명에 비해 양자 문명은 아직도 발전 중이다. 양자 문명의 파도를 잘 타려면 새로운 문법을 익혀야 하는데, 그 문법은 양자역학이라는 언어로 씌어 있다

증기 문명을 견인한 일등 공신인 제임스 와트는 영리하고 손재주가 뛰어난 기술자였지만, 체계적인 과학 교육을 받은 학자는 아니었다. 수증기가 지닌 열에너지가 어떻게 증기기관을 통해 역학적 일로 변환되는지, 그 과정을 이해하고 설명할 명확한 언어를 당시 과학자들도 아직 개발하지 못한 상태였다. 이론이 기술 개발을 지휘한 것이 아니라, 증기기관이라는 도구와 그로 인해 펼쳐진 증기 문명의 역동성이 과학자들을 자극해 열의 본질과 열기관의 작동 원리를 규명하게 만든 것이다. 사회적으로도 공장제 생산과 도시화가 확산되면서 새로운 노동 제도와 기술 교육, 그리고 산업사회에 걸맞은 경제·정치 사상이 뒤따랐다. 도구의 발전이 새로운 사상과 제도를 이끌어낸 사례라고 볼 수 있다. 인공지능이 먼저 상용화되고, 그 작동 원리를 이해하려는 과학자들의 노력과 인공지능 시대에 걸맞은 도덕률과 사회 운영 체계의 탐색이 그 뒤를 따르는 오늘날의 모습이 그리 새롭지 않게 느껴진다.