오늘날 양자역학의 영향력은 기초과학에만 그치지 않고, 수많은 응용기술의 토대가 되었다.
가령 컴퓨터나 광통신에 필수적인 반도체나 레이저 등의 발명은 양자역학을 이해한 후에야 가능했는데, 이들이 양자역학적 원리로 동작하기 때문이다.
컴퓨터나 광통신이 현대 정보사회에서 차지하는 비중을 생각하면, 현대 정보사회는 양자역학의 토대 위에서 성립되었다고 해도 과언이 아니다.
다만 이들은 양자역학의 원리로 동작하지만 고전적인 방식의 정보처리를 구현하는 연산장치, 즉 컴퓨터의 부품이 되는 소자들이다.
▶ 양자 기술의 특징은 다음과 같습니다.
● 얽힘과 중첩 등 양자 시스템의 특성을 활용합니다
● 0과 1을 동시에 표현할 수 있는 양자 비트(큐비트)를 사용합니다
● 고전적 컴퓨터보다 훨씬 빠른 복잡한 계산을 수행할 수 있습니다
● 미세한 자기장, 온도, 중력 변화까지 감지할 수 있는 초정밀 측정이 가능합니다
● 기존 기술로는 달성할 수 없는 새로운 능력과 기능을 가능하게 합니다
● 산업, 경제, 안보 등에 혁신을 가져올 것으로 기대됩니다
▲ 양자 기술은 산업, 경제, 안보 등에 혁신을 가져올 것으로 기대되고 있습니다.
▶ 양자 기술의 대표적인 분야로는 다음과 같은 것들이 있습니다.
양자 컴퓨팅, 양자 센서, 양자 암호통신, 퀀텀 AI.
▲ 양자 컴퓨팅:
물리적으로 매우 작은 원자나 광자 등에서 나타나는 양자 현상을 정보처리에 직접 이용하는 미래형 컴퓨터다.
현재 디지털컴퓨터는 정보 기본단위를 0과 1로 표현하는 비트(bit)를 쓰는 반면 양자컴퓨터는 양자중첩 현상을 활용해 0과 1이 동시에 처리되는 큐비트(qubit)를 기본 단위로 사용한다.
양자역학의 원리를 바탕으로 한 컴퓨터 개발로, 암호학, 약물 발견, 재료 과학 등에 활용될 수 있습니다
▲ 양자 센서:
양자역학의 원리를 이용해 다양한 물리량을 측정하는 센서로, 항해, 영상, 과학 연구 등에 활용될 수 있습니다
센서 이미징의 정밀도를 획기적으로 개선한 초정밀 양자센서, 이미징 기술이 개발되면 의료, 국방, 정보통신(IT) 기술 등 다양한 산업 분야에서 폭넓게 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
▲ 양자 통신:
양자통신은 빛의 양자 현상을 이용한 통신 기술이다.
양자의 물리학적 성질을 이용해 정보처리와 통신을 수행하는 기술로, 기존 전자기학 기반의 정보처리 대비 속도 향상을 갖습니다.
기존의 통신 방법과는 달리 정보를 양자 상태의 빛에 입력해 실어 보내며, 양자 물리학 법칙으로 정보가 해킹당하는 것을 원리적으로 차단해 보안이 뛰어나다는 장점이 있다.
▶양자 컴퓨터의 원리
양자 컴퓨터는 양자역학의 원리를 이용해 정보를 처리하는 컴퓨터로, 기존 컴퓨터보다 빠르고 정확하게 복잡한 문제를 해결할 수 있습니다.
- 양자 컴퓨터는 양자역학의 중첩 개념을 사용합니다.
- 양자 컴퓨터는 0과 1의 상태를 동시에 갖는 큐비트(quantum bit) 단위로 정보를 처리하고 저장합니다.
- 양자 컴퓨터는 이온 트랩 방식을 사용해 이온의 전자 상태를 조작하여 큐비트를 구현합니다.
▲ 양자 컴퓨터의 장점은 다음과 같습니다.
- 기존 컴퓨터로는 불가능한 문제를 해결할 수 있습니다.
- 병렬 컴퓨팅을 수십억 배 더 효율적으로 수행할 수 있습니다.
- 복잡한 무제를 더 빠르고 정확하게 해결할 수 있습니다.
▶ 양자 컴퓨터의 응용 분야, 다음과 같습니다.
암호해독, 분자모델링, 신약개발, 정보검색, 딥러닝.