2025년 양자역학 정립 100주년 한, 양자산업의 원년으로 선포 기후위기 등 인류의 난제 산적 혼돈의 세상 밝힐 역할 기대감
술집에 들어간 ‘양자’가 바에 앉았다. 바텐더가 물었다. “뭘 주문하시겠습니까?” ‘양자’가 대답했다. “그건 제 지갑이 어떻게 관측되느냐에 달렸습니다.” 싱거운 농담의 결말을 듣고 짐작했을 것이다. 여기에서 ‘양자’는 요즘 양자컴퓨터로 떠들썩한 양자역학의 양자(量子), 즉 퀀텀(Quantum)을 의미한다. 관측되기 전까지는 여러 가능한 상태가 동시에 존재한다는 ‘양자 중첩’ 현상을 빗댄 공대 유머 중의 하나다.
중첩, 얽힘, 도약 등 어렵기로 유명한 양자역학 이론들이 요즘 밈(meme)이 됐다. 월급날 내 통장의 돈은 어떠한가. 카드사의 관측 여부에 따라 확률적으로 존재한다고 자조한다. 현재 대한민국의 최고 권력 자리도 확률적으로 중첩된, 매우 양자역학적인 상황에 놓여 있다고 할 수 있겠다. 상자 속에서 살아있을 수도, 죽어있을 수도 있는 ‘슈뢰딩거의 고양이’처럼 말이다. 물리적으로 떨어진 두 입자가 상호 의존한다는 ‘양자 얽힘’ 현상은 이렇게 응용된다. “두 개의 입자가 서로 다른 술집에 들어갔다. 한 입자가 소주를 마셨다. 다른 입자는 안주만 먹어도 된다. 바로 취했으니까.”
김동기 국가미래연구원 연구위원·전 KBS PD
소립자 수준의 미시세계를 다루는 양자역학은 우리의 경험칙에 반하는 기이한 세계다. ‘관측이 현실을 만든다’는 개념은 마치 철학의 질문처럼 들린다. 실재란 무엇인가. 세계는 우리 인식의 틀 안에 있는가. 들여다볼수록 플라톤과 칸트의 사유, 장자가 꾼 나비의 꿈에 닿는다. 도무지 이해가 안 된다고 좌절할 필요는 없다. 리처드 파인먼 같은 위대한 물리학자도 양자역학을 이해하는 사람은 아무도 없다고 했으니까. 아인슈타인조차 “내가 보지 않으면 달이 존재하지 않는다는 말이냐”며 역정을 냈다. 그는 양자역학의 확률적 해석에 반박하며 “신은 주사위 놀이를 하지 않는다.(God does not play dice)”는 말을 남겼다. 여기에 양자역학의 수장 격인 닐스 보어의 답이 만만치 않다. “신에게 이래라저래라 하지 마세요.(stop telling God what to do)”
세기의 천재들도 당혹스럽게 했던 이 낯선 세계관이 의외로 요즘 젊은 세대에게 인기다. 뉴턴의 결정론적 세계관을 뒤흔드는 현상들이 마치 마법이나 판타지처럼 자유로운 상상을 가능케 하기 때문이다. 영화 ‘스타트렉’의 순간이동, ‘닥터 스트레인지’의 평행우주, ‘앤트맨’의 변신술과 투명인간은 모두 상상력과 양자역학의 꽤 설레는 조우다. ‘2001 스페이스 오디세이’의 작가 아서 C 클라크가 말했듯, 고도로 발달한 기술은 마법과 구별할 수 없다.
영화 ‘어벤져스 인피니티 워’를 떠올려 보자. 위기에 몰린 닥터 스트레인지가 갑자기 명상에 빠져 움찔거리는 장면이 나온다. 그는 1분여 만에 1400만 가지 경우의 수를 보고, 단 한 개의 승리하는 법을 찾아낸다. 그 순간 그의 모습은 마치 우리가 꿈꾸는 양자컴퓨터와 흡사하다. 기존의 컴퓨터가 비트(bit)라는 이진법(0과 1)으로 정보를 처리한다면, 양자컴퓨터의 큐비트(qubit)는 0과 1을 중첩하여 동시에 막대한 양의 연산을 수행한다. 실제로 지난해 12월 공개된 구글의 양자 칩 윌로(Willow)는 가장 빠른 슈퍼컴퓨터로도 우주의 나이보다 더 오래 걸리는 계산을 단 5분 만에 처리해 세상을 깜짝 놀라게 했다.
2018년 개봉한 ‘앤트맨과 와스프’에 이런 대사가 나온다. “모든 말마다 ‘퀀텀’을 붙이기로 약속이라도 한 거야?” 2025년 현재, 과학, 기술, 산업의 분위기가 그렇다. 유엔은 올해를 ‘세계 양자 과학 기술의 해’로 선언했다. 1925년 하이젠베르크, 슈뢰딩거에 의해 양자역학이 정립된 지 꼭 100년이 되는 해이기 때문이다. 마침 양자컴퓨터 기술에 대한 기대도 한껏 무르익었다. 아이온큐, 리게티컴퓨팅 등 관련 회사의 주가가 수백 %씩 뛰어올랐다. 말 그대로 ‘퀀텀 점프’다. 상용화까지 20년은 필요하다는 젠슨 황과 3~5년이면 충분하다는 빌 게이츠의 말에 따라 주가는 천국과 지옥을 오가며 널뛰고 있다. 우리나라도 2월 5일 ‘세계 양자의 해 한국 선포식’을 열고 올해를 대한민국 양자산업의 원년으로 선포했다.
꼭 1년 전 이 칼럼에서 ‘AI 시대’에 대해 썼다. 모든 기술, 마케팅, 문화에까지 AI 없이는 대화가 안 될 정도로 1년 내내 AI가 떠들썩했다. 그 사이 주변 사람들의 스마트폰에 하나둘씩 대화형 AI 앱이 깔리기 시작했다. AI가 손안의 비서처럼 다가왔다면, 양자컴퓨터는 더 근본적인 문제에 대한 게임체인저가 될 수 있다고 한다. 질병, 기후 위기, 식량 문제와 같은 인류 공동의 난제 해결에 양자컴퓨터가 중요한 역할을 할 거라는 기대가 크다.
프리드리히 니체는 “춤추는 별을 낳으려면 마음속에 혼돈을 품어야 한다”고 했다. 새해 시작부터 나라 안팎이 유난히 혼란스럽다. 시간이 흐를수록 세상이 더 나아질 거라는 믿음이 무너지는 요즘, 혼돈 속에서도 묵묵히 길을 찾는 과학이 위안이 된다. 세계를 망가뜨리는 것도, 세계를 구원하는 것도 결국 인간이다. 혼돈이 아닌 질서를, 파괴가 아닌 창조를 선택할 힘이 우리 안에 있다.