양자컴퓨팅 혁명

축사
발간사

1장 양자컴퓨터와 첨단 기술의 미래 - 김정상
2장 양자컴퓨터로 구현하는 차세대 통신 네트워크 - 김정상
3장 초전도 소자 기술로 구현하는 양자컴퓨터 - 정연욱
4장 양자! 나노와 디지털을 넘어… - 김재완
5장 양자컴퓨팅 연구개발과 산업 전략에 대한 토론
- 대담 김정상·정연욱·김준기 사회 현택환·안정호

그림 표 출처

고전컴퓨터에서 정보의 기본 단위는 비트bit입니다. 0과 1로 구분해서 한 가지 상태만 표현한다는 전제하에 정보 처리가 이뤄지죠. 양자컴퓨터에는 양자 비트quantum bit 또는 큐비트qubit라 불리는 정보 단위가 있는데, 큐비트는 고전 비트와 구별되는 두 가지 특징이 있습니다.

우리는 고전물리학이 지배하는 세계에 익숙한 만큼 중첩과 얽힘 현상을 직관적으로 이해하기가 매우 힘듭니다. 하지만 일단 양자 현상을 자연법칙으로 받아들이면, 정보 처리 기술과 관련해 굉장히 큰 가능성이 열립니다. 그중 가장 핵심적인 기술이 병렬 처리parallel processing인데, 중첩과 얽힘을 이용하면 엄청난 경우의 수를 동시에 고려할 수 있습니다. 세 개의 비트로 이뤄진 레지스터register를 예로 들면, 고전적으로는 어느 한순간에 000부터 111까지 여덟 가지 상태 중에 한 가지만 존재할 수 있습니다. 하지만 양자컴퓨터에서는 큐비트가 세 개 있으면 여덟 가지 경우의 수를 동시에 표현하고 저장하고 처리할 수 있죠.

이제 앨리스는 자신에게 남은 고전 비트 두 개를 전화나 이메일 같은 고전적인 경로로 밥에게 보냅니다(그림 2-3B). 고전 비트에 담긴 상태 정보는 밥의 큐비트와 얽힌 상태로 벨 측정을 받은 후 양자 중첩이 붕괴되어 결정된 값이기 때문에, 밥의 큐비트가 가진 상태 정보와 상관관계가 있습니다. 또한 밥은 찰리가 원래 갖고 있던 큐비트의 양자 중첩 상태를 재현할 수 있는 지침도 지니고 있죠. 밥은 이 지침에 따라 고전 비트 두 개를 이용해 찰리가 갖고 있던 큐비트를 재현해냅니다(그림 2-3C). 이렇게 서울에 있던 찰리의 큐비트가 부산에 나타납니다. 이렇듯, 완전히 비공개 상태의 정보도 원격전송이 가능합니다. 이런 현상은 우리에게 익숙한 고전물리학으로는 설명이 불가하지만, 양자역학의 세계에서는 가능합니다. 얽힘을 통한 원격전송, 양자역학의 초능력 같은 것이죠.