도서 소개
전 세계는 양자 기술을 미래 성장의 핵심 인프라로 인식하고 치열한 기술·산업 경쟁에 돌입했다. 한국 정부 역시 2035년까지 ‘양자경제 선도국’으로 도약하겠다는 퀀텀 이니셔티브를 발표하며 전략적 R&D, 인재 양성, 양자 소부장, 글로벌 협력 등 10대 추진 과제를 제시했다. 이처럼 급격한 기술 패러다임 전환의 한가운데서, 양자 기술을 국가·산업·과학적 관점에서 종합적으로 조망하는 콘텐츠가 최종현학술원의 기획으로 출간되었다.
《양자컴퓨팅 혁명》은 최종현학술원이 진행해온 ‘과학기술혁신 시리즈’ 강연 중 양자컴퓨팅 분야를 재구성한 결과물로, 양자컴퓨터 연구 최전선의 전문가들이 실제 강연과 토론에서 다룬 내용을 기반으로 집필됐다. 따라서 단순 설명서를 넘어, 한국이 지금 무엇을 주목해야 하고 어디에 투자해야 하는지 방향성을 제시하는 공적인 지식 자료라는 점에서 출간 의의가 크다.
《양자컴퓨팅 혁명》의 무게감은 무엇보다 저자로부터 나온다. 듀크대학교 전기컴퓨터공학·물리학 교수이자 세계 최초 양자컴퓨팅 상장기업인 아이온큐(IonQ)의 공동창립자인 김정상 교수가 1장과 2장을 집필하여 양자컴퓨팅의 기술적 원리부터 산업 전망, 네트워크 적용 가능성까지 전체 청사진을 제시한다.
3장을 집필한 성균관대 양자정보공학·나노공학과 교수이자 양자정보연구지원센터장인 정연욱 교수는 초전도 큐비트·냉각시스템·칩 제조공정 등 양자 하드웨어 전 분야를 다루는 국내 최고 전문가로서 한국표준과학연구원(KRISS)과 미국 국립표준기술연구소(NIST Boulder) 경험을 바탕으로, 한국의 양자팹(QFab) 제조 인프라 구축에도 핵심적 역할을 수행하고 있다.
한국표준과학연구원 초연결확장형슈퍼양자컴퓨팅 전략연구단 단장‧국가특임연구원과 미래양자융합포럼 공동의장인 김재완 박사는 양자·나노·디지털 정보의 경계를 잇는 탐구를 수행하며, 4장을 통해 양자혁명 전체의 의미를 직관적으로 설명한다. 특히 양자 중첩·편광 실험을 대중적 언어로 풀어내는 능력이 뛰어나, ‘양자세계의 본질’을 쉽게 이해하도록 돕는다.
출판사 리뷰
다음 10년, 양자를 선점한 나라만 경제·안보·AI의 규칙을 다시 쓴다.
이 책은 그 룰 북의 첫 페이지다!
왜 지금 ‘양자컴퓨팅’인가
전 세계적으로 양자 기술은 아직 초기 단계이지만, 각국 정부와 기업이 국가 전략기술로 집중 투자하며 빠르게 성장하고 있는 분야다. 한국도 ‘퀀텀 이니셔티브’를 발표해 2035년까지 양자경제 선도국으로 도약하겠다는 목표를 명확히 하고 있으며, 연구·산업·인재 양성에 대한 국가적 관심이 높아지고 있다.
《양자컴퓨팅 혁명》은 이러한 흐름 속에서 양자컴퓨팅을 과학·산업·사회적 관점으로 종합적으로 이해할 수 있는 최초의 국내형 교양서다. 전문가들이 강연과 대담을 통해 최신 연구와 현실적 가능성을 설명함으로써, 양자 기술을 먼 미래가 아닌 ‘지금 당장 준비해야 할 다음 기술 패러다임’으로 이해하도록 돕는다.
1장 양자컴퓨터와 첨단 기술의 미래는 듀크대학교 전기컴퓨터공학·물리학 교수이자 세계 최초 양자컴퓨팅 상장기업인 아이온큐(IonQ)의 공동창립자인 김정상 교수가 집필했다. 양자컴퓨팅은 중첩과 얽힘 같은 양자 특성을 이용해 기존 디지털 컴퓨터가 해결하기 어려운 문제를 다루는 새로운 계산 방식이다. 과학자들에게도 여전히 불가능의 영역에 가까운 도전이지만, 신약개발·신소재·금융 최적화 등 특정 영역에서 기존 컴퓨터를 능가할 가능성이 입증되고 있다. 양자컴퓨팅은 물리학·전기공학·컴퓨터과학의 융합이 요구되는 융합 기술이며, 전체 산업 생태계 전반에 변화를 가져올 차세대 핵심 도구다.
2장 양자컴퓨터로 구현하는 차세대 통신 네트워크 역시 김정상 교수가 집필했다. 양자 원격전송·얽힘 교환 등은 큐비트의 상태를 멀리 떨어진 곳에 그대로 재현할 수 있는 기술이다. 이를 통해 도청이나 복제가 불가능한 초보안 통신망, 즉 양자 인터넷의 기반이 마련된다. 미래에는 도시권 통신망, 데이터센터, 개인·기업 사용자 모두가 양자 라우터로 연결된 새로운 네트워크 구조가 등장할 것으로 전망된다.
3장 초전도 소자 기술로 구현하는 양자컴퓨터는 성균관대 양자정보공학·나노공학과 교수이자 양자정보연구지원센터장인 정연욱 교수가 집필했다. 양자컴퓨팅 기술 중 가장 현실화가 빠른 초전도 큐비트 기술을 중심으로 양자컴퓨터 하드웨어 구조를 설명한다. 한국은 양자팹(QFab) 같은 제조 인프라를 갖추고 있어 설계 파일을 전달하면 1~2개월 내 칩 제작이 가능할 정도로 기반이 빠르게 갖춰지고 있다. 가장 큰 문제는 전문 인력 부족이지만, 반도체 제조 경험자가 양자 소자로 빠르게 전환할 수 있어 성장 잠재력이 크다고 분석한다.
4장 양자! 나노와 디지털을 넘어…는 한국표준과학연구원 초연결확장형슈퍼양자컴퓨팅 전략연구단 단장‧국가특임연구원과 미래양자융합포럼 공동의장인 김재완 박사가 집필했다. 양자혁명은 단순한 계산 기술의 발전을 넘어서, 나노 물리·디지털 정보 이론을 통합하는 ‘2차 양자혁명’ 시대로 이어지고 있다. 빛의 편광 실험을 통한 중첩 비유(여러 검문소를 동시에 통과하는 빛)는 양자 정보가 디지털과 본질적으로 다른 방식으로 세계를 기술한다는 점을 시각적으로 설명한다. 이는 양자컴퓨터뿐 아니라 센서·이미징·계측·보안 등 다양한 기술로 확장되는 범용적 과학혁명임을 강조한다.
5장 양자컴퓨팅 연구개발과 산업 전략에 대한 토론에서는 서울대학교 화학생명공학부 석좌교수이자 최종현학술원 이사인 현택환 교수와 서울대학교 융합과학기술대학원 교수이자 최종현학술원 이사인 안정호 교수의 사회로 김정상 교수, 정연욱 교수, 성균관대학교 양자정보공학과‧나노공학과 김준기 교수의 대담을 실어 양자컴퓨팅에 관한 이론적인 내용부터 산업적인 의미까지 보다 폭넓은 이야기를 담았다.
양자컴퓨팅, 한국 사회를 위한 의미
양자 기술은 국가 경쟁력, 안보, 산업 구조 재편과 직결되는 기술이며, 단순한 미래 기술이 아니라 지금부터 인재·산업·기초과학의 모든 면에서 준비가 필요한 분야다.
특히 한국은 반도체·통신·제조 역량이 높아 양자 혁명에서 뒤쳐질 이유가 없지만, 대중의 이해와 전문가 생태계 구축은 이제 막 시작되는 단계다.
《양자컴퓨팅 혁명》은 이러한 간극을 좁히기 위해 만들어진, 최전선 연구자들의 강연·대담을 집대성한 입문서로서 의미가 있다. 복잡한 양자 개념을 실제 기술·산업·정책 논의와 연결해 설명함으로써, 한국 사회가 다가오는 양자 시대를 이해하고 준비하는 데 중요한 출발점을 제공한다.
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.
작가 소개
지은이 : 최종현학술원
최종현학술원Chey Institute for Advanced Studies은 故 최종현 SK 그룹 선대 회장 20주기를 기념하여 2018년 출범한 글로벌 지식 교류 플랫폼이다. 한반도와 주변국을 둘러싼 지정학 위기, 날로 가속화하는 과학기술 혁신이 가져올 도전과 기회를 분석함으로써 미래를 향한 대응 전략을 모색하고 있습니다. 세계 주요 대학 및 연구소와의 협력, 창의적인 학제 간 연구 지원 등 새로운 지식 창출과 확산에 기여하는 다양한 활동을 추진 중입니다.홈페이지 www.chey.org
지은이 : 김정상
듀크대학교 전기컴퓨터공학과·물리학과 교수아이온큐(IonQ) 공동 창립자미국 국립발명학술원(NAI) 펠로우최종현학술원 과학기술혁신위원회 위원전 벨 연구소(Bell Labs) 연구원
지은이 : 정연욱
성균관대 양자정보공학과·나노공학과 교수양자정보연구지원센터장전 한국표준과학연구원(KRISS) 선임·책임연구원전 미국 국립표준기술연구소(NIST Boulder) 객원 박사후연구원전 독일 율리히 연구소(KFA) 방문연구원
지은이 : 김재완
한국표준과학연구원(KRISS) 초연결확장형슈퍼양자컴퓨팅 전략연구단단장·국가특임연구원, 미래양자융합포럼 공동의장전 고등과학원(KIAS) 양자우주연구센터 석학교수전 고등과학원(KIAS) 교수, 부원장전 삼성종합기술원(SAIT) 전문연구원
목차
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
