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양자정보: 생물학에서 컴퓨터까지

  • POSTED DATE : 2019-06-27
  • WRITER : 화학과
  • HIT : 182
  • Research Areas : Physical Chemistry
  • Researcher : 허준석 교수님

고등과학원 웹진 허준석 교수 HORIZON 기고문


양자정보: 생물학에서 컴퓨터까지




  우리가 살고 있는 세계는 수많은 정보로 채워져 있다. 수많은 서적들, 베토벤의 교향곡, 인터넷을 타고 흘러 다니는 엄청난 양의 사진과 동영상들, 생물체의 모든 특징이 나열되어 있는 염색체, 생물체 내부나 생물체 간의 화학적인 신호 전달, 지구와 달의 상호 작용, 심지어 내 통장의 잔고까지 이 세상 어디에도 정보가 아닌 것이 없어 보인다. 살아간다는 것, 변화가 있다는 것은 이렇게 인위적이거나 자연적인 정보의 전달 현상이라고 볼 수 있다. 정보 자체가 물리량인가에 대해서는 여러 의견이 있을 수 있겠지만, 본 글에서는 정보에 물리적인 측면이 있고 우리가 매일 이것을 사용하며 심지어 의도적으로 변형시켜 머지않은 미래에 지금까지 우리가 할 수 없었던 일을 할 수 있게 될 것이라는 이야기를 하고자 한다. 


  우리 눈으로 보고 감각적으로 느낄 수 있는 세계를 거시계라고 한다. 크기 단위로 생각해보면 마이크로미터 이상을 거시계라고 볼 수 있다. 이러한 거시계는 뉴턴의 고전역학으로 잘 기술된다. 하지만 더 작은 미시계로 들어가면, 특히 원자나 분자 등 나노미터 이하 크기의 시스템에서는 더 이상 뉴턴의 고전역학으로는 설명할 수 없는 현상들이 지배적으로 나타나게 된다. 이러한 현상들을 양자현상이라고 부르고 그 현상을 기술하는 확률론적인 방법을 양자역학이라고 한다. 양자 얽힘quantum entanglement, 양자 터널링quantum tunneling, 양자 중첩quantum superposition으로 대표되는, 고전 역학으로는 설명할 수 없는 양자현상들, 즉 정보로 해석될 수 있는 입자들 간의 특수한 상관관계는 놀랍게도 생명체가 생명을 유지하는데 이용될 수 있다. 또한 현재 우리는 이러한 양자 현상들을 이용하여 계산에 활용하는 양자 컴퓨터라는 완전히 새로운 개념의 컴퓨터나 양자 통신이라는 새로운 암호 통신 체계를 개발하여 십수 년 내에 사용할 것으로 기대하고 있다. (기고문 中,  기고문 링크 )