https://www.youtube.com/watch?v=-KMZJor-FzY
뉴턴의 역학은 산업혁명의 기초가 되었고, 아인슈타인의 특수상대성이론은 별의 에너지원을 설명하여 핵에너지 시대를 열었습니다. 이처럼 세상에 대한 기초적인 이해가 한 걸음 도약할 때마다 늘 그 뒤에는 커다란 기술 발전이 따라왔죠.
21세기 정보 혁명의 주인공, 컴퓨터와 스마트폰. 이들은 20세기 '원자'라는 무미건조한 물체에 대한 이해 없이는 존재할 수 없었을 겁니다. 2023년 물리학1 2학기의 서사는 전자기학이 이 작은 세계의 탐구에 어떻게 기여를 했고, 그 과정 동안 자연스레 태동된 양자역학을 살펴봄으로써 현대의 물리학이 걸어온 발자취를 살펴가는 방향으로 전개될겁니다.
대한민국의 도약, 양자컴퓨터와 초전도체
2022년 노벨물리학상은 양자 얽힘 현상을 실험으로 규명하면서 양자컴퓨터 개발을 가능하게 한 과학자 세 명에게 돌아갔습니다.
양자컴퓨터는 ‘꿈의 컴퓨터’로 불려요. 신약 개발을 비롯해 인공지능, 획기적인 신소재 개발 등에서 현재 슈퍼컴퓨터보다 수십만 배 이상 빠른 연산이 가능하여 IT 산업의 판도를 뒤흔들 '게임 체인저' 기술이 될 것으로 전망합니다. 인텔, 구글, 마이크로소프트 등 굴지의 IT 기업들이 뛰어들어 상용화에 속도를 내고 있죠.
이름이 양자컴퓨터라서 양자역학이 적용되는 컴퓨터라고 생각하기 쉬운데 사실 우리가 지금 쓰고 있는 기존 컴퓨터에도 양자역학이 적용되고 있습니다. 그렇다면 양자컴퓨터는 기존의 컴퓨터와 어떤 차이가 있을까? 컴퓨터는 정보의 최소 단위인 0과 1의 비트를 전류와 전압으로 표현해 저장하거나 제어하는 장치인데, 저장 및 제어 역할을 하는 핵심 소자가 바로 '반도체'입니다. 기술이 개발됨에 따라 반도체의 크기는 센티미터(=100분의 1m) 단위에서 점점 작아지더니 이제 나노미터(=10억 분의 1m)까지 작아졌죠. 디지털 정보는 0과 1이 분명해야 하는데, 매우 작은 나노 세계에서는 '불확정성 원리'를 비롯한 양자 현상에 의해 0과 1의 구분이 불분명해지면서 디지털 정보 처리에 애로사항이 발생합니다. 그러한 구조적 한계를 역으로 이용해 데이터를 저장 및 처리하는 장치가 바로 양자컴퓨터인 셈이죠.
기존 컴퓨터는 0 아니면 1의 값을 갖는 비트 단위로 정보를 처리하지만, 양자컴퓨터는 0과 1이 동시에 될 수 있는 ‘큐비트(qubit)’ 단위로 연산합니다. 여러 연산을 병렬적으로 처리하는 이런 특성에 힘입어 연산 속도가 슈퍼컴퓨터보다 수백만 배 이상 빨라질 수 있어요. 이러한 양자역학적 중첩, 큐비트를 구현하는 데에는 전기 저항이 없는 '초전도 상태'가 필요하기 때문에 양자컴퓨터는 극저온에서 보관되어야 합니다. 따라서 그 누구도 감히 예상할 수 없었어요. 무릎 위의 양자컴퓨터, 손바닥 위의 양자스마트폰을. 그러나 그 모든 것들이 가능할 수 있겠다는 희망이 발견됐습니다. 바로 대한민국에서.
https://www.youtube.com/shorts/tGCZwJMC_KM
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