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《평행우주》 《마음의 미래》 미치오 카쿠가 그려낸 양자 시대의 전망
미래를 약속하는 양자컴퓨터의 힘과 가능성

저명한 이론물리학자이자 세계적인 베스트셀러 작가 미치오 카쿠가 양자컴퓨터의 역사와 원리, 힘과 가능성을 특유의 유려하고 명쾌한 문체로 흥미진진하게 풀어낸다. 저자는 양자컴퓨터가 지구온난화, 식량 및 에너지 문제, 난치병과 노화를 해결 또는 극복하고 궁극적으로는 생명과 우주의 비밀을 푸는 데 결정적인 기여를 할 것이라고 주장한다. 그 근거로 각 분야에서 현재 문제 해결을 위해 어떤 연구들이 이루어지고 있고 기존의 디지털 컴퓨터로는 어떤 한계가 있는지, 양자컴퓨터는 이런 부분에서 어떤 돌파구가 될지를 정확하면서도 쉬운 언어로 제시한다. 현대 문명의 실질적인 기반이라고 할 수 있는 ‘컴퓨터’와 현대 물리학의 핵심인 ‘양자역학’의 원리와 역사를 시작으로, 그 둘의 결합이라고 할 수 있는 ‘양자컴퓨터’가 그토록 강력한 까닭, 개발 경쟁의 양상, 앞으로 펼쳐질 인류 사회의 모습까지 그려보이는 책이다. 미치오 카쿠의 주요 저작들을 모두 번역한 과학 전문 번역가 박병철 박사의 충실한 번역 및 주석과 함께 양자컴퓨터 시대의 환상적인 풍경을 살펴보자.

"새로운 혁명의 시대가 다가오고 있다"
미래를 약속하는 양자컴퓨터의 힘과 가능성
《평행우주》 《마음의 미래》 미치오 카쿠가 그려낸 양자 시대의 전망

양자컴퓨터 관련 뉴스가 하루가 멀다하고 들려온다. 그만큼 투자와 개발 경쟁이 치열하다는 소리다. 우리나라도 2035년까지 민관 합동으로 양자과학기술 육성에 3조원을 투자하겠다고 밝혔다. 양자컴퓨터가 무엇이고 현재의 디지털 컴퓨터보다 얼마나 더 좋길래 구글, 마이크로소프트, IBM, 인텔 등 전 세계 주요 테크기업과 국가 연구소들이 양자컴퓨터 개발에 전력하는 것일까? 양자컴퓨터가 그토록 강력한 까닭은 무엇일까? ‘양자컴퓨터’를 이해하기가 어려운 이유는 그 단어를 이루고 있는 ‘양자(역학)’와 ‘컴퓨터’ 또한 만만한 개념이 아니기 때문이다. 물리학자들이 ‘모든 것은 양자’라고 하고, 현대문명에서 이루어지고 있는 우리의 일상이 컴퓨터 없이는 돌아가지 않는다고 해도, ‘양자’와 ‘컴퓨터’ 각각의 개념과 원리, 역사를 쉽게 설명하는 것은 보통 일이 아니다. 그런데 둘을 합친 ‘양자컴퓨터’의 개념과 그 잠재력을 쉬운 언어로 설명하는 일이 가능할까?
“복잡한 과학 개념을 일반 독자가 이해할 수 있는 언어로 번역하는 것은 예술이라고 할 수 있다. 뉴욕시립대 물리학 교수인 카쿠는 그 최고의 전문가 중 한 명이다”라는 〈커커스리뷰〉의 말처럼, 미치오 카쿠는 세계적인 이론물리학자이면서 어려운 과학 지식을 여러 방송 프로그램에서 쉽고 흥미진진하게 풀어내는 과학 엔터테이너이다. 또한 그는 어려운 이론물리학의 세계를 롤러코스터를 타듯 재미있게 풀어낸 《초공간》, 《평행우주》, 《단 하나의 방정식》, 과학적 사실에 기반하여 미래의 모습을 예견한 《불가능은 없다》, 《미래의 물리학》, 《마음의 미래》, 《인류의 미래》 같은 베스트셀러를 출간한 저자이기도 하다. 그런 카쿠 박사가 새로 쓴 책의 주제가 바로 ‘양자컴퓨터’이다. 《양자컴퓨터의 미래》는 양자컴퓨터의 기본 개념, 역사와 종류, 개발을 둘러싼 치열한 경쟁, 양자 시대로의 전환을 위해 필요한 돌파구, 마침내 펼쳐질 환상적인 미래까지, 인류의 문명을 도약시킬 양자컴퓨터의 힘과 가능성을 경쾌하고 깔끔한 문체로 눈앞에 실감나게 그려낸 책이다. 독자들은 저자 특유의 단순하면서도 정확한 설명과 비유를 통해 ‘양자역학’과 ‘컴퓨팅’의 기본 지식은 물론 현재 물리학, 생물학, 의학 등 인류의 삶과 밀접한 관련이 있는 각 과학 분야에서 어떤 연구들이 이루어지고 있으며, 양자컴퓨터가 어떻게 기여할 수 있는지를 두루 알게 될 것이다.

궁극의 컴퓨터가 온다!
양자컴퓨터를 이해하기 위한 단 한 권의 책

미치오 카쿠는 이 책에서 양자컴퓨터가 기존의 디지털 컴퓨터를 능가할 수 있는 영역으로 다음 네 가지를 든다. 1)검색 능력. 저자가 말하는 양자컴퓨터의 주특기는 ‘건초더미에서 바늘 찾기’이다. 양자컴퓨터는 방대하고 혼란스러운 데이터에서 핵심만 추출하여 중요한 결론을 도출할 수 있다. 2)최적화. 양자컴퓨터는 수많은 변수를 계산하여 폐기물, 업무효율, 수익 및 비용, 제조공정 등 산업계의 특정 요소를 최대화, 또는 최소화하는 데 탁월하다. 3)시뮬레이션. 날씨 예측이나 신약 개발처럼 복잡하거나 시간이 너무 오래 걸리는 실험은 양자컴퓨터를 이용한 가상실험으로 대체할 수 있다. 기존의 디지털 컴퓨터로 카페인 같은 단순한 분자가 형성되는 과정을 시뮬레이션하려면 10^48비트의 정보가 필요한데, 이 수는 지구를 구성하는 총 원자 개수의 10퍼센트에 해당한다. 아무리 좋은 디지털 컴퓨터라 해도 불가능한 수치이지만 양자컴퓨터에게는 식은 죽 먹기이다. 4)인공지능과의 결합. 미래 기술을 이야기할 때 빼놓지 않고 등장하는 것이 인공지능인데, 이 분야는 이론적 기초가 세워졌음에도 불구하고 디지털 컴퓨터의 한계에 부딪혀 발전이 지지부진한 상태이다. 특히 인공지능은 실수를 통해 발전하는 기능이 있지만 계산 능력은 좀 떨어지고, 양자컴퓨터는 막강한 계산 능력이 있지만 실수를 통해 배우는 기능은 없어서 서로의 단점을 보완해줄 수 있다.
양자컴퓨터가 디지털 컴퓨터와 가장 크게 다른 점은 연산의 기본단위이다. 디지털 컴퓨터의 기본단위가 0 아니면 1의 이진법 ‘비트’인 반면, 양자컴퓨터는 양자역학의 ‘중첩(superposition)’ 개념을 이용하여 0과 1을 ‘동시에’ 다룰 수 있는 ‘큐비트’를 기본단위로 사용한다. 양자컴퓨터가 그토록 강력한 연산 능력을 발휘하는 까닭이 바로 여기에 있다. 중첩 외에도 얽힘(entanglement), 경로합(sum over paths), 터널효과(tunneling) 등 양자컴퓨터를 가능하게 만드는 양자이론의 기이한 특성들에 관해 저자는 아인슈타인을 비롯하여 앨런 튜링, 리처드 파인먼, 막스 플랑크, 에르빈 슈뢰딩거 등 유명 과학자들의 일화와 나침반이 달린 장난감 기차, 미로 속의 쥐, 커플을 맺어주는 중매인 등 이해하기 쉬운 비유를 곁들여 막힘없이 설명한다. 카쿠 박사의 이야기를 정신없이 따라가다 보면 어느새 ‘양자역학’과 ‘컴퓨팅’은 물론 ‘양자컴퓨터’가 무엇이며 양자컴퓨터 개발의 발목을 붙잡는 가장 큰 장애물이 무엇인지(큐비트를 구성하는 원자들이 일제히 같은 모드로 진동하도록 배열되어야 하는데, 외부의 불순물이나 교란이 조금이라도 개입되면 결맞음 상태가 깨져버린다)까지, 양자컴퓨터에 관한 이해의 폭을 넓힐 수 있을 것이다.

빅테크 기업에서 스타트업까지
불붙은 경쟁, 양자컴퓨터의 종류

그렇다면 양자컴퓨터의 종류에는 어떤 것들이 있으며 각각의 디자인은 어떤 장단점이 있을까? 저자는 “0과 1이라는 상태가 중첩되고 얽혀서 정보를 처리하는 시스템은 모두 양자컴퓨터가 될 수 있다”고 단언한다. 따라서 양자컴퓨터의 기본 설계도 여러 가지로 나오는데, 우리나라도 공동연구를 통해 2023년 10월 세계 최초로 ‘전자스핀’을 이용한 큐비트를 개발하여 세계의 주목을 받았다. 이 책에 제시된 양자컴퓨터의 종류를 간단히 살펴보면 다음과 같다.
1) 초전도 양자컴퓨터: 현재 양자컴퓨터의 기준이라고 할 수 있다. 구글의 시카모어와 IBM의 이글, 오스프리가 이에 해당한다. IBM은 2023년 12월 초 1121큐비트짜리 양자컴퓨터 콘도르도 공개했다. 디지털 컴퓨터 산업계에서 이미 개발해놓은 기술(집적회로)을 사용할 수 있다는 점이 장점이지만, 양자적 계산을 수행하기 위해 초전도 상태를 유지하도록 만들기가 무척 어렵다는 문제가 있다.
2) 이온 트랩 양자컴퓨터: 아이온큐, 허니웰을 비롯한 몇몇 기업들이 선도하는 양자컴퓨터이다. 전기적으로 중성인 원자에서 전자 몇 개를 떼어내면 양전하를 띤 이온(양이온)이 되는데, 이온은 전기장과 자기장으로 만든 덫(트랩)에 가둬놓을 수 있다. 이렇게 가둔 이온들은 결맞음 상태의 큐비트처럼 동일한 모드로 진동하게 되고, 이들에게 마이크로파나 레이저를 쏘면 스핀이 뒤집히면서 원자의 상태를 바꿀 수 있다. 초전도 양자컴퓨터와는 다르게 결맞음 시간도 길고, 극저온이 아니어도 정상적으로 작동하나 큐비트를 추가할 경우 전기장과 자기장을 미세하게 조정해야 한다는 어려움이 있다.
3) 광양자컴퓨터: 전자 대신 레이저빔을 이용하는 양자컴퓨터로, 중국과학기술대학교의 양자컴퓨터 ‘지우장’과 캐나다의 양자컴퓨팅 기업 ‘자나두’가 유명하다. 광기반 양자컴퓨터는 빛이 두 가지 이상의 방향으로 진동하는 특성(편광)을 이용한다. 광자에는 전하가 없기 때문에 전자와는 다르게 주변 환경을 영향을 거의 받지 않고, 상온에서도 작동한다는 장점이 있으나 시스템이 복잡해질수록 큐비트를 생성하기가 어렵고, 부품을 재배열하는 데 시간이 꽤 걸린다는 단점이 있다.
4) 실리콘 광양자컴퓨터: 미국의 스타트업 프사이퀀텀(PsiQuantum)이 개발 중인 양자컴퓨터로, 반도체인 실리콘의 이중적 성질을 활용한다. 실리콘은 트랜지스터로 가공되어 전자의 흐름을 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 특정 적외선과 상호작용을 하지 않기 때문에 빛을 전달하는 매개체로 사용할 수 있다. 이런 이중적 특성을 이용해 여러 개의 광자를 얽힌 상태로 만들 수 있는 것이다. 단기간에 기업 가치가 31억 달러로 급등한 프사이퀀텀은 금세기 중반까지 실용적으로 쓸 수 있는 100만 큐비트짜리 양자컴퓨터를 만들겠다고 선언했다.
5) 위상 양자컴퓨터: 인위적으로 끊지 않는 이상 도넛 모양이 유지되는 것처럼, 어떤 특별한 위상수학적 조건이 유지되면 양자컴퓨터는 상온에서 안정적으로 작동할 수 있다. 물리학자들은 오랫동안 온도와 관계 없이 위상이 보존되는 물리계를 찾으려고 애를 써왔다. 2018년 네덜란드의 델프트공과대학에서 이런 특성이 있는 물질을 발견했다고 발표하였으나 이후 면밀한 검토를 거쳐 논문을 철회하였다. 하지만 다른 물질들도 활발히 연구되고 있으므로 가능성은 열려 있다고 해야 할 것이다.
6) D-웨이브 양자컴퓨터: 캐나다에 본사를 둔 기업 디웨이브시스템의 양자컴퓨터이다. 초전도체에 흐르는 전류가 최저에너지 상태에 도달할 때까지 전기장과 자기장을 조절함으로써 데이터를 최적화시킨다. ‘최적화’ 문제에 있어서 가장 뛰어난 성능을 보여주기 때문에 록히드마틴, 폭스바겐, 로스앨러모스 국립연구소, NASA 등이 주요 구매자다.

기후변화, 식량과 에너지 문제, 난치병과 노화 등
인류의 중요한 문제 해결에 기여할 양자컴퓨터

지난 수십 년 동안 18개월마다 컴퓨터의 성능은 두 배씩 향상된다는 ‘무어의 법칙’에 따라 전성기를 구가했던 마이크로 프로세서의 위세는 점차 약화되는 추세이다. 컴퓨터의 성능은 마이크로칩에 들어가는 트랜지스터의 수에 거의 비례하는데, 동일한 면적에 더 많은 트랜지스터를 넣기 위해 트랜지스터 사이의 간격을 지금보다 더 작게 하면 하이젠베르크의 ‘불확정성 원리’에 의해 위치가 불확실해진 전자들이 회로를 단락시키거나 과도한 열을 발생시킬 수도 있다. 다시 말해 디지털 컴퓨터에 ‘무어의 법칙’이 더 이상 적용되지 않는 날이 오는 것은 필연이라는 뜻이다. 저자는 우리가 “실리콘 시대의 종말을 목격하는 산 증인이 될 것”이라고 말한다. 이렇게 저물어가는 디지털 컴퓨터를 대체할 강력한 도구가 바로 원자의 양자적 특성을 십분 활용하여 지구온난화를 막고, 식량과 에너지 문제를 해결하고, 난치병의 치료법을 찾는 등 인류가 직면한 중요한 문제들을 해결하는 데 결정적인 기여를 할 양자컴퓨터이다. 저자는 우주를 통째로 시뮬레이션할 정도로 막강한 연산능력을 갖춘 양자컴퓨터가 우리의 삶에 일대 혁명을 불러올 차세대 컴퓨터로 부족함이 없으며, 나아가 생명과 우주의 비밀을 푸는 데에도 큰 역할을 할 것으로 기대하고 있다.
세계적인 빅테크 기업들은 물론이고 신생 스타트업, 각국의 정부까지 발벗고 나서서 양자컴퓨터에 엄청난 금액을 투자하고 있는 것은 양자컴퓨터의 힘과 가능성이 그만큼 어마어마하기 때문이다. 이 책에 따르면 양자컴퓨터는 지구온난화의 주범인 이산화탄소를 고부가가치 물질로 만드는 탄소 재활용 기술이나 인공광합성을 구현하는 데에도 돌파구를 마련할 수 있고(7장), 비료생산의 생물학적 과정을 낱낱이 풀어서 제2의 녹색혁명으로 식량문제를 해결해줄 수도 있다(8장). 또 수백만 건에 달하는 실험을 효율적으로 빠르게 수행하여 슈퍼배터리 혁명을 앞당기는 데 결정적인 기여를 할 것이다(9장). 나아가 어렵기로 소문난 '단백질 접힘'의 비밀을 풀어서 알츠하이머와 운동신경 질환, 파킨슨병 등 난·불치병의 치료법을 개발하는 데에도 핵심적 역할을 할 것으로 기대된다(10~13장). 날씨를 예측하고 대체에너지를 개발해 화석연료 의존도를 낮춰 지구온난화를 막는 일에도 커다란 도움을 줄 수 있으며(14장), 방사성 폐기물 없이 청정에너지를 무한정 생산할 수 있는 핵융합발전을 실현해줄 강력한 후보이기도 하다(15장). 저자는 표준모형을 넘어서는 ‘만물의 이론’을 구축하는 데 양자컴퓨터가 어떻게 쓰일 수 있는지 알아본(16장) 후 지금까지 살펴본 내용을 모두 엮어 양자과학기술이 펼칠 미래의 모습, 2050년의 일상을 소설 형식으로 생생하고 재미있게 그려낸다(17장).
현재의 암호 체계를 무력화시키는 등 양자컴퓨터와 관련한 문제들에 대하여 카쿠는 그 위험성을 경고하면서도 ‘모든 과학기술에 나타나는 부작용 중 하나일 뿐’이라며 시종일관 낙관적이고 긍정적인 미래관을 보여준다. 책을 읽다보면 기술이 인간에게 이롭게 쓰이길 진심으로 바라는 노과학자의 바람에 동화될 수밖에 없다. 출간 후 〈가디언〉과의 인터뷰에서 그는 이렇게 말했다. “대중을 위한 책을 쓰는 목적은, 사람들이 기술의 미래에 대해 제대로 알고, 합리적이며 현명한 결정을 내릴 수 있도록 하기 위해서이다. 기술이 일반인이 이해할 수 없을 정도로 복잡해지면 도덕적 나침반이 없는 사람들이 그 기술의 방향을 결정하게 되므로 큰 문제가 발생한다." 여든을 바라보는 나이에도 여전히 열정과 호기심, 긍정적인 태도가 넘치는 미치오 카쿠의 《양자컴퓨터의 미래》는 양자과학기술로 구현될 양자 시대로 독자들을 안내할 것이다.

북리스트
양자컴퓨팅의 약속, 힘, 가능성에 대한 놀랍고 광활한 시각. 컴퓨터와 양자역학의 결합에 관심이 있는 독자들의 상상력을 자극할 것이다.

커커스리뷰
양자컴퓨팅의 놀라운 잠재력에 대해 유익하고 재미있게 설명하는 책. 언제나 그렇듯이 카쿠의 열정은 전염성이 있다.

사이언스
잘 쓰여지고 접근성이 뛰어나 독자들에게 양자컴퓨팅과 그 기본 원리, 잠재력에 대한 포괄적인 개요를 제공하는 책.

뉴욕타임스
명쾌한 문체와 명료한 사고로 중요한 기술적 전환점에 대한 독자들의 감각을 일깨운다.

1부 양자컴퓨터의 부상
1장 실리콘 시대의 종말
2장 디지털 시대의 종말
3장 떠오르는 양자
4장 양자컴퓨터의 여명기
5장 불붙은 경쟁

2부 양자컴퓨터와 사회
6장 생명의 기원
7장 지구 녹화하기
8장 지구 먹여 살리기
9장 지구에 에너지 공급하기

3부 양자의학
10장 양자건강
11장 유전체 편집과 암 치료
12장 인공지능과 양자컴퓨터
13장 영생

4부 세상과 우주의 모델링
14장 지구온난화
15장 병 속의 태양
16장 우주 시뮬레이션
17장 2050년의 일상

에필로그 양자 수수께끼

감사의 글
옮긴이의 글
후주
더 읽을거리
찾아보기

우리는 실리콘 시대의 종말을 목격하는 산 증인이 될 것이며, 후-실리콘 시대(또는 양자 시대)의 서막을 현장에서 관람하는 첫 세대가 될 가능성이 크다. _21쪽

양자컴퓨터의 발목을 잡는 문제점은 파인먼이 기본개념을 처음 제안할 때부터 이미 예견되어 있었다. 양자컴퓨터가 제대로 작동하려면 큐비트를 구성하는 원자들이 일제히 같은 모드로 진동하도록 배열되어야 한다(이런 상태를 ‘결맞음coherence’이라 한다). 그러나 원자는 워낙 작고 예민한 물체여서, 외부로부터 불순물이나 교란이 조금이라도 개입되면 그 즉시 원자의 배열은 결어긋남decoherence(결깨짐) 상태로 붕괴되고, 계산은 엉망진창이 되어버린다. 바로 이것이 양자컴퓨터가 직면한 가장 큰 문제이다. 자, 여기서 1조 달러짜리 질문을 던져보자. 우리는 양자컴퓨터의 결어긋남을 제어할 수 있을까? _24~25쪽

두 물체가 결맞음 상태에 있으면(동일한 패턴으로 진동하면) 둘 사이의 거리가 아무리 멀어져도 그 상태를 유지할 수 있다. 요즘 물리학자들은 이 현상을 ‘얽힘entanglement’이라는 용어로 부른다. 바로 이것이 양자컴퓨터의 핵심원리이다. 서로 얽혀 있는 큐비트는 거리가 멀어져도 상호작용을 할 수 있으며, 이로부터 막강한 계산 능력이 발휘된다. _80쪽

경쟁의 양상을 이해하려면, 양자컴퓨터의 기본 설계도가 하나가 아니라 여러 개라는 것을 염두에 둬야 한다. 튜링머신의 작동 원리는 매우 일반적이어서, 다양한 기술에 적용할 수 있다. 즉, 진공관이나 트랜지스터 대신 물이 흐르는 파이프와 밸브를 사용해도 정상적으로 작동하는 디지털 컴퓨터를 만들 수 있다. 중요한 것은 0과 1로 이루어진 디지털 정보를 운반하는 시스템과 이 정보를 처리하는 방법이다.
이와 마찬가지로 양자컴퓨터도 다양한 설계가 가능하다. 0과 1이라는 상태가 중첩되고 얽혀서 정보를 처리하는 시스템은 모두 양자컴퓨터가 될 수 있다. 스핀이 위up 또는 아래down인 전자나 이온은 물론이고, 스핀이 시계방향이거나 반시계방향인 편광된 광자도 양자컴퓨터로 손색이 없다. 양자역학은 우주의 모든 물질과 에너지에 적용되므로, 양자컴퓨터를 만드는 방법은 수천 가지나 된다. 어느 물리학자가 나른한 오후에 거실 소파에 앉아서 0과 1이 중첩된 상태를 표현하는 방법을 상상하다가 완전히 새로운 양자컴퓨터를 떠올릴 수도 있다. _121~122쪽

지금은 배터리의 성능을 높이기 위해 수백 가지 화학물질을 일일이 테스트하고 있지만, 양자컴퓨터가 있으면 이 모든 실험을 훨씬 빠르게 실행할 수 있다. 물론 실제 실험실이 아닌 가상공간에서 진행되기 때문에 비용도 크게 절감된다. 광합성이나 질소고정 시뮬레이션처럼, 양자컴퓨터로 진행되는 ‘가상화학virtual chemistry’은 화학 실험실에서 지루하게 반복되는 시행착오를 크게 줄여줄 것이다. _184쪽

기존의 디지털 컴퓨터로 페니실린 분자를 분석한다면, 훗날 자신의 모든 연구를 제자에게 인수인계하고 은퇴할 각오를 해야 한다. 실제로 이 작업을 수행하려면 1086비트에 달하는 컴퓨터 메모리가 필요하다. 그러나 양자컴퓨터에게 이 정도는 일상적인 계산에 불과하다. 신약을 개발하고 약의 작용 원리를 분자 수준에서 분석하는 것이 양자컴퓨터의 주 업무가 될지도 모른다. _205쪽

암과의 전쟁에서 양자컴퓨터를 이용하는 방법은 여러 가지가 있다. 액체생검에 적용하여 종양이 형성되기 몇 년 전에 암세포를 조기 발견할 수도 있고, 모든 국민의 욕실에 부착된 센서로부터 매일 전송되는 생체 데이터를 분석하여 암세포를 골라내거나 거대한 게놈 데이터베이스를 구축할 수도 있다.
암이 일정 크기 이상으로 자라난 경우에는 양자컴퓨터를 이용하여 수백 종의 암 중에서 해당 암세포만 골라서 공격하도록 면역체계를 수정할 수도 있다. 유전자 치료와 면역요법, 그리고 크리스퍼에 양자컴퓨터를 결합하여 암 유전자를 정확하게 자르거나 붙여넣으면 부작용 없는 면역요법이 가능해진다. 또한 대부분의 암은 p53 같은 몇몇 유전자와 밀접하게 연관되어 있으므로, 양자컴퓨터를 이용한 유전자 치료를 통해 암을 조기에 차단할 수도 있다. _237쪽

양자컴퓨터는 엄청난 계산 능력을 보유했지만 실수로부터 새로운 지식을 배우는 기능은 없다. 그러나 양자컴퓨터에 신경망을 탑재하면 계산을 반복할 때마다 성능이 향상되므로 더욱 빠르고 효율적으로 문제를 풀 수 있다. 이와 비슷하게 인공지능은 실수로부터 배우는 능력이 있지만 복잡한 문제를 풀기에는 계산 능력이 크게 떨어진다. 그러나 양자컴퓨터로 보완된 인공지능은 그동안 발목을 잡아왔던 난제를 쉽게 해결할 수 있다. _242~243쪽

초전도 현상을 보이는 물질을 체계적으로 찾는 방법은 없다. 지금까지 알려진 초전도체는 과학자들이 이것저것 섞어가면서 시행착오를 겪다가 우연히 발견된 것이다. 그러므로 새로운 재료를 테스트하려면 처음부터 다시 시작해야 한다. 그러나 양자컴퓨터를 이용하면 이 모든 과정이 가상실험실에서 진행되므로 시간과 비용이 크게 절약된다. 지금은 후보물질 하나를 테스트하려면 수년 동안 수백만 달러를 써야 하지만, 양자컴퓨터에게 이 일을 맡기면 오후 한나절 만에 테스트를 끝낼 수 있다. _334쪽

표준모형에는 (1)36종의 쿼크와 반쿼크, (2)왜 하필 그런 값이어야 하는지 도통 알 수 없는 19개 이상의 변수, (3)3세대에 걸쳐 존재하는 똑같은 입자들, (4)글루온, W 보손, Z 보손, 힉스 보손을 비롯한 양-밀스 입자 등등이 한데 엉켜서 북적대고 있다.
낳아준 엄마 말고는 아무도 예뻐할 것 같지 않은 이론이다. 땅돼지와 오리너구리, 그리고 고래를 스카치테이프로 대충 붙여놓고 ‘자연의 우아한 창조물이자 수백만 년에 걸친 진화의 최종산물’이라고 우기는 것과 비슷하다. _361~362쪽

여기서 중요한 것은 우주를 지배하는 양자역학 법칙을 양자적 튜링머신에 부호의 형태로 저장할 수 있다는 것이다. 양자컴퓨터에 우주를 담는다는 것은 이런 의미이며, 이것이 바로 앞서 말했던 ‘양자컴퓨터와 우주 사이의 깊은 관계’이기도 하다. 엄밀하게 따지면 우주는 양자컴퓨터가 아니지만, 우주에서 일어나는 모든 현상은 양자컴퓨터에 코드화할 수 있다. _395쪽