->슬라이드 1 안녕하세요 양자 컴퓨터에 대해 발표하게 된 최형원입니다 ->슬라이드 2 일단 선정동기에 대해 말씀 드리겠습니다 요즘 양자컴퓨터에 대한 관심이 늘어나는 추세인데요 저도 전에 양자 컴퓨터에 대한 기사를 보고 탐구 하고 싶다는 생각을 했었습니다 이번에 고급 물리학 교제에서 양자역학에 대해 다루는 것을 보고 관련해서 탐구해보고자 이번 주제를 선정하게 되었습니다 ->슬라이드 3 일단 양자를 이해하기 위해 빛의 이중성에 대해서 설명하겠습니다 저희가 물리1때 배웠던 빛의 이중성인데요 일단 배경을 설명드리자면 예전에 과학자들은 빛은 파동이라고 생각했습니다 왼쪽에 저희가 배웠던 이중슬릿 실험에서 파동처럼 빛은 회절과 간섭 현상이 일어났고 빛은 굴절 까지 일어났습니다 이로써 예전 과학자들은 빛이 파동이라고 믿어 왔었습니다 ->슬라이드 4 근데 왼쪽 광전효과 실험이라는 빛이 입자임을 증명하는 실험이 나오게 됩니다 이 광전효과 실험이라는게 뭐냐면 금속판에 빛을 쪼여주었을때 전자가 튀어나오는 현상을 관찰하는 실험입니다 이 실험에서 만약 빛이 파동이라면 빛의 세기가 강할수록 전자가 방출될것입니다 왜냐하면 파동의 세기가 강할수록 금속에 전달되는 에너지가 더 크다고 생각했기 때문입니다 그리고 약한 빛도 오래 비추면 전자가 방출 될것입니다 왜냐하면 파동의 에너지가 시간이 지남에 따라 금속에 계속 축적될 수 있다고 생각했기 때문입니다 또 빛의 색은 중요하지 않았을 것입니다 왜냐하면 파동설에서는 진동수보다 전달되는 전체 에너지의 양이 더 중요하다고 생각했기 때문입니다 하지만 결과는 달랐죠 빛의 세기보다 진동수에 따라 전자가 방출되었고 문턱 진동수 이하의 빛은 아무리 비춰도 전자가 방출되지 않았습니다 또 문턱 진동수 이상의 빛을 비추면 바로 전자가 방출 되었죠 이는 빛의 에너지가 연속적으로 전달되는 것이 아니라, 광자라고 불리는 작은 입자 단위로 전달된다는 것을 의미합니다 즉 전자는 한 개의 광자로부터 충분한 에너지를 받아야만 방출될 수 있었던 것입니다 따라서 광전효과는 빛이 파동의 성질뿐만 아니라 입자의 성질도 가진다는 사실을 보여주는 대표적인 실험이 되었습니다 ->슬라이드 5 이렇게 빛은 파동의 성질도 가지고 입자의 성질도 가지고 있습니다 이러한 현상을 빛의 이중성이라고 합니다 하지만 당시 과학자들은 이런 현상을 기존의 고전물리학만으로 설명하기 어려웠습니다 또한 원자나 전자와 같은 미시 세계의 입자는 너무 작아 정확하게 관측하는 것 자체가 매우 어려웠습니다 무언가를 관측하려면 빛과 상호작용해야 하는데, 입자가 너무 작다 보니 관측하는 과정 자체가 입자의 상태에 영향을 줄 수 있었기 때문입니다 입자를 봄으로써 입자를 변화시킨다는 얘기입니다 그래서 과학자들은 입자를 정확히 예측하기보다는 확률과 가능성으로 설명하기 시작했고, 이러한 미시 세계를 설명하기 위해 발전한 이론이 바로 양자역학입니다 ->슬라이드 6 양자역학은 원자, 전자, 광자와 같은 아주 작은 입자들의 운동과 상태를 설명하는 물리학입니다 양자역학의 가장 대표적인 특징 중 하나는 바로 중첩입니다 중첩이란 하나의 상태가 결정되기 전까지 여러 가능성이 동시에 존재할 수 있다는 개념입니다 이를 설명하기 위해 제안된 사고실험이 바로 슈뢰딩거의 고양이입니다. 이 실험은 상자 안에 고양이 한 마리를 넣고 뚜껑을 닫아 완전히 밀폐를 하고 , 상자안에는 청산가리가 든 독약병, 망치, 그리고 방사설 물질과 이를 감지하는 계수기를 설치합니다 여기서 방사성 물질은 1시간 동안 50%의 확률로 붕괴하거나 붕괴하지 않는데 이때 붕괴되어 방사선이 감지되면 계수기가 작동해 망치가 독극물 병을 깨고 고양이는 죽게 됩니다 자 그러면 1시간뒤 상자를 열어보기 전까지 고양이는 어떻게 되어 있을까요? 죽어있을까요 살았을까요? 이렇게 양자역학에서는 관측하기 전까지 여러 가능성이 동시에 존재할 수 있다고 설명합니다 따라서 고양이로 예를 들면 고양이는 상자를 열어 관측하기 전까지는 고양이는 살아있는 상태와 죽어있는 상태가 중첩이 되어 있다는 겁니다 또 상자 뚜껑을 열어 확인 하는 순간 파동함수가 붕괴되면서 살았음과 죽었음 중 하나의 상태가 결정이 되는거죠 옆에 있는 식은 슈뢰딩거의 방정식입니다 고급물리학 교과서에도 등장하는 식으로, 양자역학에서 입자의 상태가 시간에 따라 어떻게 변하는지를 나타내는 가장 기본적인 방정식입니다 오늘은 식 자체를 분석하기보다는, 이러한 양자역학이 중첩과 같은 현상을 설명한다는 점을 이해하면 됩니다 ->슬라이드 7 과학자들은 이러한 중첩 현상을 계산에 활용할 수 있다고 생각했습니다. 기존 컴퓨터는 비트를 사용하며 0 또는 1 중 하나의 값만 가질 수 있습니다 하지만 양자컴퓨터는 큐비트를 사용하며, 중첩을 이용해 0과 1의 상태를 동시에 가질 수 있습니다 ->슬라이드 8 이처럼 큐비트를 이용하여 계산하는 컴퓨터를 양자컴퓨터라고 합니다. 양자컴퓨터는 중첩을 활용하기 때문에 특정 문제에서는 기존 컴퓨터보다 훨씬 빠른 계산이 가능합니다 ->슬라이드 9 이런 양자컴퓨터는 신약 개발, 신소재 개발, 인공지능, 암호 기술 등 다양한 분야에서 활용될 것으로 기대되고 있습니다.