양자컴퓨터 레시피

AI가 현재라면, 양자컴퓨터는 미래다!

“큐비트라는 재료를 준비하고, 양자 게이트로 조리하면, 양자컴퓨터라는 한 접시가 완성된다.”

큐비트와 양자 알고리즘, 양자얽힘으로 완성하는 미래 기술 레시피

구글, IBM, 마이크로소프트, 아마존은 왜 양자컴퓨터 개발에 수십조 원을 쏟아붓고 있을까? 생성형 AI 열풍이 한창인 지금, 글로벌 빅테크와 각국 정부는 이미 ‘포스트 AI 시대’를 이끌 차세대 기술 확보 경쟁에 뛰어들었다. 그 중심에 있는 기술이 바로 양자컴퓨터다. 신약 개발과 신소재 연구, 금융, 물류, 인공지능 등 미래 산업의 판도를 바꿀 핵심 기술로 주목받고 있지만, 큐비트와 양자중첩, 양자얽힘 같은 낯선 개념은 여전히 일반 독자들에게 높은 장벽으로 남아 있다.

양자컴퓨터 분야를 대표하는 전문가인 김용수 KIST 양자기술연구단장, 최태영 이화여대 물리학과 교수, 김요셉 고려대 물리학과 교수는 이러한 장벽을 낮추고 양자 기술을 누구나 이해할 수 있는 언어로 풀어내기 위해 뜻을 모아 『양자컴퓨터 레시피』를 펴냈다. 이 책은 복잡한 수식 대신 ‘요리 레시피’라는 친숙한 비유를 통해 양자컴퓨터의 원리를 쉽고 흥미롭게 설명한다. 큐비트라는 재료를 준비하고, 양자 게이트로 조리해 양자컴퓨터라는 한 접시를 완성하는 과정에 빗대어 독자들이 자연스럽게 핵심 개념을 이해하도록 돕는다. 양자역학을 처음 접하는 독자도 부담 없이 읽을 수 있도록 구성하면서도 최신 기술의 흐름까지 놓치지 않았다.

이 책의 가장 큰 강점은 ‘쉽지만 결코 가볍지 않다’는 점이다. 실제 연구와 교육 현장에서 활동하는 전문가들이 직접 집필해 양자의 기본 개념은 물론, 초전도, 이온트랩, 중성원자, 광자 양자컴퓨터 등 세계가 경쟁 중인 다양한 플랫폼과 최신 연구 성과를 알기 쉽게 풀어냈다. 또한 NISQ 시대의 하이브리드 알고리즘, 모듈형 양자컴퓨터, 양자 오류 정정 등 양자 기술의 현재와 미래를 한눈에 조망할 수 있도록 했다.

김상욱 교수, 이동헌 한국양자정보학회장, 한상욱 KIST 양자활용연구거점사업단장 등 양자과학계 권위자들이 이 책을 추천했다. 중학생부터 일반 독자, 학부모와 교사, 인공지능 시대의 미래 기술을 이해하고 싶은 모든 이를 위한 입문서다. 양자컴퓨터를 둘러싼 과장된 기대와 현실의 기술 수준을 균형 있게 짚어주며, 독자들로 하여금 쏟아지는 뉴스를 비판적으로 읽고 미래 기술을 이해할 수 있는 안목을 길러준다.

지은이 : 김용수

빛을 이용해 양자 세상을 들여다보는 실험연구자. 연세대학교 물리학과를 졸업하고 포항공과대학교에서 양자광학을 공부하며 빛의 양자적 성질에 매료되었다. ‘광자가 품고 있는 양자 정보를 측정하는 과정에서 벌어지는 되먹임 효과에 관한 연구’로 물리학 박사학위를 받았다. 미국 국립표준기술연구원(NIST)에서 박사후연구원으로 ‘얽힌 광자 쌍을 이용한 양자 정보 처리 기술을 연구’한 뒤, 2013년부터 한국과학기술연구원(KIST)에서 광자 양자컴퓨터와 양자 통신 연구를 이어가고 있다. 2025년부터 KIST 양자기술연구단장을 맡고 있으며, 같은 해 국내 양자 기술 발전 공로를 인정받아 과학기술정보통신부 장관 표창을 받았다. 한국양자정보학회 학술이사와 국제학회 프로그램위원장을 역임하며 국내외 양자 연구 커뮤니티의 교류와 성장에 힘써왔고, 한국연구재단 국가전략연구본부 양자컴퓨터 분야 전문위원으로 우리나라 양자컴퓨터 연구의 방향을 함께 그려가고 있다. 유튜브 채널 「보다(BODA)」, 「에스오디(SOD)」 등에 출연하며 양자 기술을 대중에게 알리는 데 힘쓰고 있다.

지은이 : 최태영

우주를 구성하는 가장 작은 세계인 원자를 직접 들여다보고, 그 안에서 펼쳐지는 양자 현상에 매료되어 연구해온 실험물리학자. 서울대학교 물리학과를 졸업하고, 미국 오하이오 주립대학교에서 「단일 원자·분자의 스핀을 활용한 원자 단위 메모리 개발 연구」로 물리학 박사학위를 받았다. 이후 미국 메릴랜드대학교에서 박사후연구원으로 재직하며 ‘단일 이온들을 포획해 고신뢰도 양자얽힘을 구현하는 양자컴퓨팅 연구’를 수행했고, 미국 IBM Almaden 연구소에서는 스핀 큐비트의 양자 제어 기술을 연구했다. 2017년부터 이화여자대학교 물리학과 교수로 재직 중이며, 2022년부터 이화여자대학교 양자컴퓨터연구센터 소장을 맡고 있다. 한국양자정보학회 총무이사와 부회장을 역임했으며, 국내외 학회에서 50회 이상의 초청 강연을 진행하는 등 양자 연구 커뮤니티의 활성화와 국제 교류, 연구 생태계의 성장에 힘써왔다. 또한 다양한 강연과 대중 소통 활동을 통해 양자 기술을 더욱 쉽고 정확하게 전달하고자 노력하고 있다. 양자컴퓨터가 미래 기술을 넘어 우리 사회의 새로운 가능성으로 다가올 수 있도록, 양자 기술을 많은 사람에게 쉽고 정확하게 전달하고자 하는 마음으로 이 책을 썼다.

지은이 : 김요셉

양자컴퓨터 연구를 통해 경이로운 양자 현상을 조금씩 이해해가고 있는 실험물리학자. 울산과학기술원(UNIST)에서 소자물리를 공부하며 컴퓨팅과 양자 현상에 관심을 갖기 시작했고, 포항공과대학교에서 「광자 기반 양자컴퓨팅과 양자 측정 연구」로 물리학 박사학위를 받았다. 빛을 이용해 양자얽힘을 만들고 읽어 내는 연구를 하다가, 양자 시스템을 직접 설계하고 제어할 수 있다는 점에 매료되어 초전도 양자컴퓨터 연구로 관심을 넓혔다. 이후 미국 로렌스버클리국립연구소(LBNL)에서 박사후연구원으로 재직하며 고성능 초전도 양자게이트를 개발했고, 한국과학기술연구원(KIST)에서 선임연구원으로 근무하며 관련 연구를 이어갔다. 2023년부터 고려대학교 물리학과 교수로 재직 중이며, 초전도 양자컴퓨터를 유용한 장치로 발전시키고 잘 활용하기 위한 연구를 하고 있다. 강연과 글쓰기를 통해 양자 기술을 대중에게 쉽게 알리는 일에도 힘쓰고 있다.

추천의 글 

프롤로그: 양자컴퓨터의 시대가 온다 

Chapter 1. 요리의 시작은 재료의 이해부터

Recipe 01 양자컴퓨터의 기본 개념 익히기

Recipe 02 두 상태의 가능성을 담은 큐비트

Recipe 03 양자 측정이라는 독특한 현상

Recipe 04 재료들의 특별한 만남: 양자얽힘

전문가의 레시피 1~5

Chapter 2. 양자 재료를 요리해보자

Recipe 01 양자 게이트의 기본 조리법

Recipe 02 재료를 섞는 다중 규비트 게이트

Recipe 03 양자회로: 양자 조리법 표시하기

Recipe 04 양자 알고리즘의 대표 레시피

Recipe 05 입문용 대표 요리: 도이치-조사 알고리즘

Recipe 06 검색 레시피: 그로버 알고리즘

Recipe 07 암호 해독 레시피: 쇼어 알고리즘

Recipe 08 양자컴퓨터 성능 제대로 이해하기

전문가의 레시피 6~9

Chapter 3. 실전 조리법: 다양한 양자컴퓨터의 구현 방식

Recipe 01 초전도 양자컴퓨터에 필요한 극한 주방

Recipe 02 자연 재료로 만드는 이온 트랩 양자컴퓨터

Recipe 03 대규모 레시피: 중성원자 양자컴퓨터

Recipe 04 빛으로 만드는 양자 요리: 광자 양자컴퓨터

전문가의 레시피 10~14

Chapter 4. 현재의 주방, 미래의 주방

Recipe 01 하이브리드 요리법의 탄생: NISQ 시대의 양자컴퓨터

Recipe 02 작은 주방들의 네트워크: 모듈형 양자컴퓨터

Recipe 03 양자컴퓨터의 품질 관리

전문가의 레시피 15~17

에필로그: 양자 주방은 아직 영업 중