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 도전
미래를 이끌 양자컴퓨터 그리고 광양자컴퓨터
지금 전 세계가 주목하는 이유는 무엇일까
2021년 7월, 일본에서 IBM이 제작한 상용 양자컴퓨터(quantum computer가 가동에 들어갔다는 소식이 전해졌다. 도쿄대학교와 도요타자동차 등 12개 업체는 이 양자컴퓨터를 활용해 소재 개발 프로젝트 등을 수행할 계획이라고 한다. 일본에서 상용 양자컴퓨터가 가동되는 것은 처음이다. 일본뿐 아니라 그보다 먼저인 2017년 5월, 중국과학기술대학의 판젠웨이(潘建偉 원사가 상하이(上海에서 중국 과학연구팀이 개발한 광양자(photon컴퓨터로 기존의 양자계산 능력을 초월하는 데 성공했다고 발표했다. 기존 컴퓨터의 양자계산 능력을 크게 뛰어넘는 세계 최초의 광양자(photon컴퓨터가 중국에서 탄생한 것이다. 그렇다면 이렇게 연구 및 개발이 가속화되고 있는 양자컴퓨터 그리고 광양자컴퓨터는 과연 무엇일까?
양자역학(quantum mechanics, 量子力學을 이용하는 양자컴퓨터는 연산 능력을 비약적으로 높여 ‘꿈의 컴퓨터’라고 불리기도 한다. 슈퍼컴퓨터보다 수억 배 빠른 양자컴퓨터는 각종 소재 연구나 금융 상품 개발·분석 등 여러 분야에서 활용되고 있으며, 양자컴퓨터를 효과적으로 활용하는 것은 향후 산업경쟁력을 높이는 데 중요한 요소가 될 수 있다는 평가가 나온다. 미국 IBM, 구글, 인텔, 마이크로소프트 등과 중국 글로벌 IT 기업들 역시 개발에 속도를 내고 있다.
20세기 초 뉴턴역학으로 설명할 수 없던 원자 세계의 질서를 밝혀낸 학문적 혁명을 1차 양자혁명이라고 한다면, ‘양자중첩(quantum superposition, 量子重疊’과 ‘양자얽힘(quantum entanglement’이라는 양자의 물리학적 속성이 컴퓨터, 통신, 센서 등 실제 기술에 적용된 것을 2차 양자혁명이라고 할 수 있다. 양자중첩은 0과 1의 두 신호가 섞여 있는 상태인데, 이를 구현한 양자비트(quantum bit, 즉 큐비트(qubit, 양자컴퓨터의 연산단위로 컴퓨터를 만들면 데이터를 동시
