양자정보 (세상에서 가장 쉬운 과학 수업 | 노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학)

양자정보 (세상에서 가장 쉬운 과학 수업 | 노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학)

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Description
정보혁명의 두 번째 물결, 양자가 답하다!
튜링의 계산기에서 차일링거의 양자순간이동까지 정보와 얽힘, 미래의 컴퓨팅을 여는 과학혁명의 서막

「노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학」 시리즈의 19번째 책 『양자정보』는 샤논의 정보이론에서 출발해 아인슈타인-포돌스키-로젠(EPR)의 문제 제기, 벨의 부등식, 아스페의 얽힘 실험,
차일링거 팀의 양자순간이동까지-‘정보’의 개념이 비트에서 큐비트로 어떻게 확장되었는지를 한 줄의 서사로 엮는다.
0과 1의 이진법, 블로흐 구로 그리는 중첩과 얽힘, 양자게이트와 알고리즘, 양자암호(QKD)와 위성통신까지, 오늘의 양자정보과학을 구성하는 핵심을 대화식 설명과 원전 읽기로 안내한다.
특히 2022년 노벨 물리학상을 수상한 존 클라우저·알랭 아스페·안톤 차일링거의 결정적 논문(얽힘 검증과 순간이동)을 원문으로 수록, 독자가 ‘양자적 사실’이 이론을 넘어 실험으로 확증되는 과정을 직접 따라가도록 했다.
저자

정완상

과학에대한호기심으로서울대학교무기재료공학과에다녔고,물리를향한마음이더욱커져한국과학기술원(KAIST)에서이론물리학을전공하며석박사학위를받았다.30세에경상국립대학교물리학과교수가되어학생들에게물리사랑을전파하고있다.초심을잃지않기위해꾸준히연구하며현재까지국제학술지(SCI저널)에300여편의논문을게재했다.직접만나는학생뿐만아니라더많은학생에게과학과수학의즐거움을알려주고자책을통해독자를만나고있다.「과학자가들려주는과학이야기시리즈」중『아인슈타인이들려주는상대성이론이야기』를비롯한31권과「과학공화국법정시리즈」50권을집필했다.최근에는중학교에서도통하는초등수학을카툰으로그린「개념잡는수학툰시리즈」를출간했고,노벨상오리지널논문을쉽게풀어낸「노벨상수상자들의오리지널논문으로배우는과학시리즈」를집필중이다.우리나라에서노벨과학상수상자가쏟아져나오기를바라는마음에서네이버카페「정완상교수의노벨상-오리지널논문공부하기」를운영하기시작했다.

목차

추천사
천재과학자들의오리지널논문을이해하게되길바라며
양자세계의문이열리다_도이치박사가말하는차일링거의양자정보혁명(깜짝인터뷰)

첫번째만남_고전정보이론과컴퓨터의탄생
정보는어떻게시작되었는가_문자에서암호까지,인류의정보혁명
암호를푼철학자,알킨디_빈도분석의시작과정보과학의태동
0과1로보는세상_주역이라이프니츠에게가르쳐준디지털의뿌리
기계로계산하다_쉬카르드에서라이프니츠까지,계산기의탄생과진화
컴퓨터의아버지,찰스배비지_차분기관과분석엔진의탄생
0과1의논리,불대수의세계_조지불과디지털논리의기초
논리를기호로바꾼사람,드모르간_드모르간의법칙과현대논리학
엘런튜링,0과1로세상을바꾸다_컴퓨터를꿈꾼수학자와디지털혁명
튜링의상상,컴퓨터가되다_간단한장치가만든복잡한계산의세계
컴퓨터는어떻게진화했는가_전쟁,과학,그리고인간의상상력

두번째만남_디지털혁명의뿌리를찾아서
0과1의문을연찰스피어스_디지털시대를연기호논리의창시자
기계로생각하고,놀이로미래를설계하다_섀넌이만든디지털우주
엔트로피,정보의얼굴을바꾸다_섀넌이밝혀낸불확실성의의미

세번째만남_큐비트로여는양자알고리즘의세계
양자정보,중첩에서시작되다_파동함수와고유상태의언어
상자속고양이의운명_슈뢰딩거실험으로본양자의세계
큐비트,보이지않는정보의가능성_0과1의중첩과붕괴
큐비트를조작하는기술,양자게이트_유니터리행렬과선형변환
아다마르게이트의수학_프랑스수학자가만든양자연산의기초
텐서곱이란무엇인가_두큐비트를하나의상태로묘사하다
복제할수없는정보_큐비트와양자복제금지정리

네번째만남_양자역학,논쟁에서실험으로
아인슈타인과보어의양자논쟁_양자역학은완전한가
EPR패러독스,양자역학을흔든질문_얽힘인가,유령의작용인가
벨부등식의도전_얽힘인가,숨은변수인가
실험으로드러난양자얽힘_존클라우저가이끈양자정보의시대
빛보다빠른정보는가능한가_아스페실험과벨부등식의극복

다섯번째만남_양자정보시대의개막
양자의언어로진리를묻다_양자세계를설계한안톤차일링거
순간이동은가능하다_양자순간이동,얽힘스와핑과미래의통신
양자얽힘의스위치,CNOT게이트_제어비트,타깃비트와양자논리
얽힘은어떻게생기는가_아다마르게이트와양자얽힘의원리
보낼수없는것을보내는법_CNOT와얽힘이만들어낸양자순간이동
암호의진화_고대암호부터양자암호까지,정보보안2,500년의여정
뚫리는암호,감지하는센서_양자보안과초정밀감지시스템

여섯번째만남_양자알고리즘과양자컴퓨터
양자알고리즘의탄생_현실의구조를바꾼도이치-요자이론과실험
양자의두날개_쇼어알고리즘,그로버알고리즘의작동원리와영향력
도이치알고리즘_오라클머신과불함수로여는새로운계산의세계
양자컴퓨터,계산의한계를넘다_시커모어에서IBM이글까지

만남에덧붙여
CanQuantum-MechanicalDescriptionofPhysicalRealityBeConsideredComplete?_1935년아
인슈타인-포돌스키-로젠논문영문본
OntheEinsteinPodolskyRosenParadox_1964년벨논문영문본
ExperimentalRealizationofEinstein-Podolsky-Rosen-BohmGedankenexperiment:ANew
ViolationofBell’sInequalities_1982년아스펙그룹논문영문본
ExperimentalQuantumTeleportation_1997년차일링거그룹논문영문본
위대한논문과의만남을마무리하며
이책을위해참고한책과논문들
수식에사용하는그리스문자
노벨물리학상수상자들을소개합니다

출판사 서평

★전국과학교사모임추천★이공계진학예정자필독서
★노벨상수상자의오리지널논문을다루는책★오리지널논문영문본수록

비트에서큐비트로,그리고물리학으로
정보를다루는인간의지성은언어에서숫자로,그리고수식에서물리로확장되어왔다.샤논이20세기중반‘정보이론’을세우며세상의모든신호를0과1의비트로환원했을때,그는인간지식의새로운좌표를그렸다.그러나양자역학은그체계를다시흔들었다.『양자정보』는바로이전환의지점을서사적으로탐구한다.0과1사이,‘동시에존재하는’상태를다루는큐비트와,서로멀리떨어져있어도한쪽의변화가다른한쪽에즉시영향을미치는얽힘은,기존의정보개념을근본적으로뒤흔들었다.이책은샤논의정보이론에서출발해,아인슈타인·포돌스키·로젠의문제제기,벨의부등식,아스페의얽힘실험,차일링거의양자순간이동으로이어지는흐름속에서정보가물리학의언어로다시정의되는과정을보여준다.‘비트에서큐비트로’의여정은인간이현실을인식하는방식자체가바뀌는철학적사건이다.

양자세계를수학으로그려낸사람들
양자정보의기초를세운물리학자들은모두수학적언어로세계의불확실성을표현하려했다.하이젠베르크가불확정성의원리를제시하고,보어가보완성의개념으로입자의이중성을설명한뒤,벨은이론이지닌모순을정량화하여‘벨부등식’이라는명료한실험검증의틀을제시했다.『양자정보』는이러한역사적순간들을단순히해설하는데그치지않고,EPR논문과벨의원전,아스페의실험보고서,그리고차일링거가발표한양자순간이동논문을그대로수록했다.독자는수식과데이터,실험장치의도식을직접읽으며‘과학적사유가어떻게검증으로이어지는가’를경험하게된다.큐비트의중첩과얽힘,게이트연산,노클로닝정리등은수학의논리와물리의현실이교차하는지점에서태어난개념들이다.
『양자정보』는이개념들을일상의대화로풀어내며,“양자역학은어렵다”는편견을깨고물리학의논리가얼마나아름답게구성되어있는지를보여준다.얽힘을실험으로증명한과학자들아인슈타인은‘유령같은원격작용’이라부르며양자얽힘의현실성을의심했지만,그의문은결국실험으로해소되었다.1970~80년대알랭아스페와존클라우저는벨부등식을검증하는정교한실험을통해,양자얽힘이실제로존재함을입증했다.이후차일링거연구팀은얽힘을이용해한입자의상태를멀리떨어진다른입자로‘이동시키는’양자순간이동(QuantumTeleportation)을구현했다.『양자정보』는이실험의수식과절차를충실히복원해,독자가‘양자순간이동이어떻게가능한가’를단계별로따라갈수있게한다.얽힘과순간이동은더이상철학적상징이아니라,양자컴퓨터·양자암호·양자통신의실질적기반이다.2022년노벨물리학상은이세명의과학자-클라우저,아스페,차일링거-에게수여되었으며,이들의연구는양자정보시대의문을연결정적실험으로평가받는다.『양자정보』는그원전을그대로실어,과학사의전환점이된순간을독자가직접목격하도록한다.

사유와기술을잇는교양서
『양자정보』는기술과철학,실험과사유의경계를잇는책이다.정완상교수특유의문답식구성은독자의호기심을유도하며,‘물리군’이던지는질문을통해얽힘·순간이동·양자게이트같은난해한개념
이친근한언어로변환된다.책은양자정보가현대사회의기술과윤리,인간인식의방식까지바꾸고있음을보여준다.양자컴퓨터가계산의패러다임을바꾸고,양자암호가보안의개념을다시쓰며,얽힘
통신이우주의가장먼거리까지확장될수있음을제시한다.『양자정보』는청소년·이공계지망생뿐아니라,정보의미래와과학의철학적기반을이해하고자하는모든독자를위한안내서다.‘논문을직접읽는과학’이라는시리즈의정체성은이번권에서도빛을발한다.복잡한개념을두려움없이탐구하게만드는친절한해설,그리고과학을통해사고의지평을넓히려는저자의열정이이책을‘생각하는
과학의교양서’로자리매김하게한다.
뇌과학전문가박문호박사는유튜브채널‘교육대기자TV’에출연해이공계인재를만들어줄추천책으로성림원북스의‘노벨상수상자들의오리지널논문으로배우는과학’시리즈를언급하면서,물리학쪽으로노벨상을받은논문들을고등학생들도알아들을수있도록상세하게풀어쓴책이라고소개했다.누구나쉽게과학지식을접하게해,대한민국방방곡곡에알려졌으면하는바람이라며그야말로박수
를보낼만한시리즈라고극찬한바있다.

※「노벨상수상자들의오리지널논문으로배우는과학」전20권
1권아인슈타인(1921년노벨물리학상)-특수상대성이론
2권마리퀴리(1903년노벨물리학상,1911년노벨화학상)-방사선과원소
3권플랑크(1918년노벨물리학상)-양자혁명
4권보어(1922년노벨물리학상)-원자모형
5권하이젠베르크(1932년노벨물리학상)-불확정성원리
6권아인슈타인(1921년노벨물리학상)-브라운운동
7권왓슨과크릭(1962년노벨생리의학상)-DNA구조
8권디랙(1933년노벨물리학상)-반입자
9권찬드라세카르(1983년노벨물리학상)-별의물리학
10권바딘/브래튼/쇼클리(1956년노벨물리학상)-반도체혁명
11권아인슈타인(1921년노벨물리학상)-일반상대성이론
12권유카와히데키(1949년노벨물리학상)-핵물리학
13권폴링(1954년노벨화학상,1962년노벨평화상)-양자화학
14권파인먼(1965년노벨물리학상)-양자전기역학
15권피블스(2019년노벨물리학상)-우주팽창
16권글라우버(2005년노벨물리학상)-양자광학
17권홀데인(2016년노벨물리학상)-양자물질
18권하셀만(2021년노벨물리학상)-기후물리학
19권차일링거(2022년노벨물리학상)-양자정보
20권겔만(1969년노벨물리학상)-쿼크모형(출간예정)
★“박문호의자연과학세상특강선정도서”