■ 책 소개

‘바나나와 사과가 섞인 양자 과일’, ‘양자의 손’ 등 기발한 비유로 낯선 미시 세계 안내

반도체, 레이저, MRI부터 차세대 양자 컴퓨터·AI까지…우리 삶을 바꿀 양자 기술 조명

잠 못들 정도로 재미있는 이야기

양자量子·Quantum

복잡하고 어렵게만 느껴졌던 현대 물리학의 최전선, ‘양자 역학’을 누구나 쉽게 눈을 반짝이며 읽을 수 있게 풀어낸 잠 못들 정도로 재미있는 이야기 시리즈의 45번째 신간 『양자量子·Quantum』가 출간됐다.

우리가 사는 일상 세계와는 완전히 다른 규칙이 지배하는 미시 세계, 즉 10억 분의 1미터 크기의 원자 속 전자와 원자핵을 구성하는 양성자와 중성자가 숨 쉬는 ‘양자의 세계’는 상상을 초월한다. 책은 독자들이 이 낯선 세계에 쉽게 적응할 수 있도록 기발하고 친근한 비유를 동원한다. 예컨대 양자의 ‘중첩 상태’를 설명하기 위해 오른손과 왼손이 흐릿하게 겹쳐 있는 ‘양자의 손’이나, 바나나와 사과가 반반씩 섞인 ‘바나플’, ‘애프나’ 같은 가상의 ‘양자 과일’ 개념을 제시한다. 이를 통해 독자들은 ‘아, 그런 일이 일어날 수도 있겠네.’라는 묘한 여유와 함께 양자의 신비로운 세계에 자연스럽게 빠져들게 된다.

특히 레이저, 반도체 트랜지스터, 몸속의 소리굽쇠(MRI 원리) 같은 현대인의 필수 기술부터 최신 양자 센서, 양자 통신, 그리고 차세대 패러다임을 바꿀 양자 컴퓨터와 인공지능(AI)의 관계까지 일상과 미래 기술 속에 숨겨진 양자 역학의 흔적들을 생생하게 추적한다. 뿐만 아니라 양자 현상을 예측할 수 있는 방정식을 낸 슈뢰딩거, 양자 역학의 무작위성을 “신은 주사위 놀이를 하지 않는다”는 말로 비판한 아인슈타인, 플랑크의 법칙과 플랑크 상수를 주장한 양자화의 아버지 플랑크, 음극선 실험으로 전자를 발견한 톰슨 등 위대한 물리학자들의 발자취와 함께 물리학이 세상을 바라보는 근본적인 태도를 흥미진진하게 조명한다. 뿐만 아니라 양자 테크롤러지의 기본이 된 빛이 파동이자 입자라는 사실, 양자 터널링, 중첩, 텔레포테이션, 불확정성 원리, 양자 얽힘 등 신비한 양자의 세계를 제대로 소개한다.

어렵고 딱딱하지 않고 말랑말랑한 물리 공부와 아울러 다가오는 양자 테크놀로지 시대의 흐름을 가볍고 유쾌하게 이해하고 싶은 모든 이들에게 이 책은 제목 그대로 ‘잠 못 들 정도로 매혹적인 지식의 밤’을 선사할 것이다.

■ 차례

머리말

Part 1 어서 오세요! 양자의 세계로

1 작은 양자의 세계로 떠나는 여행

2 양자 역학은 미시 세계의 불가사의를 기록한 룰북!

3 ‘중첩 상태’를 알기 위한 양자 과일 만들기?

4 양자 과일을 먹으면 어떻게 될까?

5 과학에사는 “신은 주사위 놀이를 하지 않는다!”

6 비선형 효과를 이용해 만드는 ‘양자 얽힘 상태’란?

7 양자는 모두 ‘입자와 파동’이다!

8 ‘슈뢰딩거 방정식’으로 양자 현상을 예측할 수 있다!

COLUMN ① 물리학자가 평소에 하는 일

9 진화를 방해하는 ‘말썽꾸러기’, 그 이름도 양자 터널 효과!

10 양자를 보고 싶어도 보는 것은 매우 어렵다!

11 양자를 보려면 풀옵션으 갖춘 최고급 3LDK 주택이 필요하다!

12 양자가 양자만이 할 수 있는 ‘장기’를 보여주기 시작했다!

13 양자 비트는 중첩으로 정답을 찾는 것이 특기!

14 ‘입자’를 사용해 다양한 가능성을 한꺼번에 시험할 수 있는 양자 컴퓨터!

15 ‘파동’을 사용해 목표를 쉽게 찾아내는 양자 컴퓨터!

16 싱귤래리티(특이점)의 도래로 AI는 인간을 넘어설 것인가?

17 양자 역학으로 의해 인간의 ‘의식’의 기원이 해명될까?

COLUMN ② 물리학자에게도 신비로운 양자 세계의 규칙

Part 2 양자 역학이 미래를 비춘다

1 양자 역학이 바꾼 생활!

2 인간은 원자라는 작은 입자들로 되어 있으며 알알이 텅 비어 있다!

3 ‘사이좋은 빛’의 대행진이 바로 레이저다!

4 반도체 트랜지스터가 바꾼 세계의 풍경?

5 MRI를 작동시키는 것은 몸속의 ‘소리굽쇠’!

6 양자 기술로 초고성능 양자 소자 개발을 향해!

7 작은 변화도 놓치지 않는 양자 센서!

8 안전한 통신을 뒷받침하는 양자 통신의 실력!

9 양자 시뮬레이션으로 새로운 물질의 특성을 찾는다!

10 기대되는 양자 컴퓨터는 아직 개발 중이다!

11 가까운 미래의 양자 테크놀로지는 일상을 크게 바꿀까?

COLUMN ③ 138억 년 동안 작동해도 오차가 1초인 광시계

Part 3 고전 물리학에서 양자 역학으로, 그 역사

1 고전 물리학에서 양자 역학으로!

2 19세기, 영이 발견한 ‘광파의 간섭’이란 무엇인가?

3 베크렐이 발견한 방사선이 ‛양자 역학’의 서막인가?

4 플랑크의 ‘흑체 복사’와 ‘에너지 양자화’란 무엇인가?

5 20세기 초에 발견된 ‘광전 효과’란 무엇인가?

6 빛이 ‘입자’이자 ‘파동’이기도 하다는 대발견!

7 양자 역학의 기초 확립에 공헌한 톰슨의 ‘전자’ 발견

8 양자 제어의 선구가 된 밀리컨의 ‘전자 측정’!

9 러더퍼드의 실험으로 확인된 ‛원자핵’!

10 은 원자 안에서 발견된 전자의 ‘스핀’이란?

11 틀렸지만 핵심을 찌른 이론에는 큰 가치가 있었다!

COLUMN ④ 피타고라스 빛의 성질부터 아인슈타인의 ‘광자’까지

Part 4 물리의 문을 열어 보니

1 ‘물리’란 도대체 무엇일까?

2 물리학 피라미드의 ‘상향식’ 형과 ‘하향식’형 사고방식

3 수학이라는 ‘언어’가 물리에서 갖는 의미란?

4 물리학자에게는 ‘실험가’와 ‘이론가’가 있다!

5 세상의 ‘모호함’을 없애는 것도 물리다!

6 ‘4가지 물리’ 중 뉴턴 역학과 상대성 이론, 느린 세계와 빠른 세계?

7 4가지 물리’ 중 양자 역학과 장의 이론, 거시 세계와 미시 세계?

8 모두의 세계관을 근본적으로 바꿔 놓은 현대 물리학!

9 물리가 밝혀낸 ‘일’을 만드는 4가지 힘이란?

COLUMN ⑤ ‘물리하는 사람’이 되려면 어떻게 해야 할까?

10 일상생활의 현상은 대부분 전자기력이 일으킨다

11 기초 물리와 응용 물리의 공동 작업으로 새로운 발견이!

12 현대 물리학의 수수께끼 ‘시간의 화살’은 해명될 수 있을까?

13 현대 물리학의 수수께끼 ‘생명 현상’과 양자 역학 효과?

COLUMN ⑥ 모른다는 것을 아는 것의 중요성!

맺음말

■ 저자 소개

히사토미 류스케(久富 隆佑)

가나가와현 요코하마시 출생. 도쿄공업대학 물리학과 졸업. 도쿄대학 대학원 공학계연구과 물리공학 전공(박사 과정) 수료. 공학박사.

도쿄대학 첨단과학기술연구센터 특임연구원을 거쳐 현재 교토대학 화학연구소 조교. 최근의 고민: 게이지가 뭔지 모르겠다.

야마자키 레키슈 (やまざき れきしゅう)

홋카이도 출생. 고셴 대학(B.A.), 퍼듀 대학(M.S., Ph.D. in Physics). 오사카 대학 기초공학연구과 특별연구원, 교토대학 이학연구과 특별연구원, 도쿄대학 첨단과학기술연구센터 조교·특임강사를 거쳐 현재 국제기독교대학(ICU) 준교수. 싫어하는 야채: 삶은 다메(풋콩류).

■ 감역자 소개

권기태

서울대학교 계산통계학과 졸업. 동 대학원에서 전산학 전공으로 이학석사 및 이학박사 학위를 취득했다.

현재 강원대학교 컴퓨터공학과 교수로 재직 중이다.

주요 번역서로는 『그림으로 이해하는 양자컴퓨터의 구조 』, 2021 세종도서 우수학술도서로 선정된 『데이터 사이언스 교과서』를 비롯하여 『엑셀로 배우는 머신러닝 초(超)입문(AI의 얼개를 기본부터 설명한)』, 『엑셀로 배우는 순환 신경망· 강화학습 초(超)입문(RNN·DQN편)』, 『엑셀로 배우는 딥러닝(AI의 구조를 쉽게 이해할 수 있는 딥러닝 초(超)입문)』, 『AI의 얼개를 기본부터 설명한 엑셀로 배우는 머신러닝 초(超)입문』, 『만화로 쉽게 배우는 우선 이것만! 통계학』, 『만화로 쉽게 배우는 수리 최적화』, 『만화로 쉽게 배우는 시계열 분석』, 『매듭 이론』(이상 모두 성안당 출간) 등이 있다.

■ 편역자 소개

조혜란

성신여자대학교 전산학 학사, 연세대학교 공학대학원 컴퓨터공학 석사. 월간 《PC라인》 수석 기자, 월간 《프로그램세계》 편집장 역임. 정보처리기사. 현재 도서출판 ㈜성안당의 편집국 이사로 재직 중.