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2023년 10월 6일, ‘양자법’이 국회를 통과했습니다. 양자 과학과 산업 육성에 제도적인 기반이 마련된 겁니다. 양자 과학에 대한 관심이 비단 한국에서만 높은 건 아닙니다. 미국은 2018년에 이미 양자법을 제정하고 현재 연간 1조 원 이상을 양자 과학 분야에 투자하고 있습니다. 영국도 2023년 3월, ‘국가 양자 전략’을 발표해 앞으로 10년 동안 약 4조 원을 투자하겠다 밝힌 바 있죠.

이처럼 세계가 앞다퉈 양자 과학에 관심을 두는 이유는, 양자 과학이 과학기술의 판도를 바꿀 수 있기 때문입니다. 양자 과학의 가장 선두엔 양자컴퓨터가 있습니다. 기존 컴퓨터는 정보의 최소 단위가 0과 1로 표현되는 비트입니다. 반면 양자컴퓨터는 00, 01, 10, 11을 기본 단위로 할 뿐만 아니라 0과 1 사이에 많은 값을 표현할 수 있습니다. 이 값을 큐비트라고 부릅니다. 2024년 1월 정부가 발표한 20큐비트의 양자컴퓨터는 일반 컴퓨터가 100만 회에 걸쳐 처리하는 계산을 한 번에 처리합니다.

때문에 국가의 연구기관부터 IBM, 구글과 같은 글로벌 IT기업과 스타트업까지 전 세계 양자 과학자들은 양자컴퓨터 개발에 박차를 가하고 있습니다. 최근엔 1000큐비트의 벽을 연달아 깨는 성과도 나왔습니다. 2023년 10월에는 미국 스타트업 아톰컴퓨팅이, 같은 해 12월에는 IBM이 각각 1000큐비트가 넘는 양자컴퓨터를 공개했죠. 엄청난 계산 능력을 갖춘 양자컴퓨터와 함께 앞으로 어떤 미래가 펼쳐질지 기대되는 발전 속도입니다.

알고 보면 양자는 처음부터 ‘판도를 바꾼’ 존재입니다. 갈릴레오 갈릴레이와 아이작 뉴턴이 완성했던 고전 물리학을 뒤엎는 존재기 때문입니다. 1900년, 독일의 물리학자 막스 플랑크는 논문을 한 편 발표합니다. ‘스펙트럼에 관한 빈 방정식의 개선에 관해(On an improvement of Wien’s equation for the spectrum)’란 제목의 이 논문에서 플랑크는 고전 물리학의 입자와 다르게 불연속적인 에너지가 허용되는 성질의 입자를 처음 주장했습니다. 이게 바로 양자입니다. 양자를 가정해 흑체 속의 광자들이 방출하는 복사에너지를 설명했죠. 이후 물리학의 패러다임이 바뀌었습니다. 뉴턴의 역학은 양자역학으로 수정됐습니다.

플랑크는 1900년에 발표했던 몇 편의 논문을 정리해 1901년 양자론을 통합한 논문을 발표합니다. 이 논문에 적힌 수식은 총 16개입니다. 양자혁명의 시작이 고작 16개의 수식으로 정리된 겁니다. 하지만 만만하게 봐선 안 됩니다. 각각의 식이 무엇을 의미하는지, 또 무엇을 증명하는지를 이해한다면요. 자, 위쪽 문답을 한 번 풀어봅시다.

양자역학은 보이지 않는 힘에서부터 시작해, 열역학을 건너 흑체복사를 지나 마침내 그 최초의 문이 열렸습니다. 이말인즉슨, 각각을 하나 하나 수식으로 이해해야만 양자론에 기술된 16개의 수식이 무엇을 뜻하는지 알 수 있단 이야기죠.,

사정없이 그어진 ×에 낙담하지 않아도 괜찮습니다. ‘세상에서 가장 쉬운 과학 수업, 양자혁명’을 통해 ×를 지우고 동그라미를 그릴 수 있으니까요.

* 이 기사는 성림원북스의 제작지원으로 진행된 광고입니다.