[양자역학이해하기] 작은 것의 물리학, 양자역학

지난해, 구글은 수퍼 컴퓨터가 1만 년 동안 수행하는 연산을 200초에 풀 수 있는 '양자 컴퓨터'를 개발했다고 밝혔다. 이어 국제 학술지 '네이처'에 관련 기술을 다룬 논문을 게재하며, 전 세계적인 주목을 받았다.

케빈 새칭거(Kevin Satzinger) 구글 연구원은 "양자 컴퓨터 기술은 제약, 에너지 관련 소재 개발 등에 폭넓게 활용될 수 있을 것"이라며 "지금보다 효율이 높은 태양전지, 산업 프로세서, 배터리 등을 개발하는 데에도 크게 기여할 것"이라고 말했다.

초고속 정보처리속도와 뛰어난 활용도로 IT 업계는 물론 금융, 의료, 물류 등 전 산업 분야의 주목을 받고 있는 양자 컴퓨터. 차세대 게임 체인저로 불리는 양자 컴퓨터는 과연 무엇일까?

◇ 미시 세계의 물리학, '양자역학'


양자 컴퓨터의 이론적 배경이 되는 양자역학(Quantum Mechanics)부터 이해해보자.

양자역학은 미시적인 물질세계를 설명하는 현대 물리학 이론이다. 물질의 양을 의미하는 '양자'와 힘과 운동을 다루는 '역학'이 결합해 탄생한 학문으로, 양자역학은 물질의 기초인 원자, 분자 등 입자의 운동을 설명하기 위해 탄생했다.

생각보다 양자역학은 우리의 삶과 깊은 연관을 맺고 있다. 마블 인기 영화 '앤트맨과 와스프', '닥터스트레인지'부터 일상적으로 사용하는 컴퓨터, 스마트폰까지. 그 내면에는 양자역학의 원리가 담겨있다. 그럼에도 양자역학의 개념이 생소한 이유는 일반인이 이해하기에는 그 원리가 너무나 복잡하기 때문이다.

미국의 이론 물리학자인 리처드 파인만(Richard Feynman)은 "이 세상에 양자역학을 정확히 이해하는 사람은 단 한 명도 없다"고 단언했다. 양자 컴퓨터의 탄생을 예고한 천재 과학자조차 양자역학의 학문적 어려움을 인정할 정도다.

◇ 얼마나 작길래... 양자역학이 다루는 미시 세계

물질을 구성하는 최소 단위를 원자라고 부른다. 이 세상의 모든 것은 원자로 구성돼 있는데, 원자는 다시 원자 핵과 전자로 나뉜다. 앞서 양자역학이 '미시적인 물질세계'를 설명한다고 언급한 이유는 원자의 크기가 우리 눈에 안 보일 만큼 작기 때문이다.

과학자들의 연구에 따르면 원자 하나의 크기는 0.00000001cm다. 이 수치를 10만으로 나눠주면 원자 핵의 크기가 된다. 전자는 더 작다. 원자 핵을 다시 1,000으로 나누면 전자가 된다. 이해하기 쉽게 야구장을 원자라고 가정해보자. 이때 마운드 위에 놓인 야구공이 원자핵이다. 전자는 야구공과 멀리 떨어진 곳에서 부유하고 있는 먼지에 지나지 않는다.

차진희 기자 postmoneynews@gmail.com

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