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양자 컴퓨팅 입문

파라그 랄라 저자(글) · 이태휘 번역
에이콘출판 · 2020년 01월 31일 (1쇄 2020년 01월 30일)
8.0 (10개의 리뷰)
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간결하게 배우는 양자 컴퓨팅
양자역학에 대한 사전 지식이 없는 이들에게 양자 컴퓨팅 시스템의 개념과 작동 방식을 간결하게 설명하는 책이다. 고전 물리학과 선형 대수, 기초적인 디지털 설계를 접한 적은 있으나 양자 정보 처리에는 익숙하지 않은 독자가 핵심 개념을 쉽게 파악할 수 있도록 쓰였다. 수학을 완전히 배제하고 내용을 너무 가볍게 다루는 책은 싫고, 전공 연구자만 볼 수 있도록 너무 어렵게 다루는 책은 부담스러운 이들에게 유용한 양자 컴퓨팅 입문서다.
선정 및 수상내역
2020년 대한민국학술원 우수학술도서 선정도서

작가정보

저자(글) 파라그 랄라

텍사스A&M대학교 텍사캐나 캠퍼스(Texas A&M University Texarkana)의 전기공학과 교수이며, 일곱 권의 책과 145여 편의 논문을 단독/공동으로 저술했다. 현재 연구 관심 분야는 양자 컴퓨팅과 암호화, 하드웨어 기반 DNA 서열 매칭, 생체 모방형 프로그래머블 디지털 시스템 설계 등이다. IEEE 종신 회원이다.

번역 이태휘

산업체와 학교, 연구기관을 거치며 여러 시스템 소프트웨어 개발 프로젝트를 수행했다. 2007년부터 2010년까지 티맥스소프트에서 근무하며 티베로 관계형 데이터베이스 개발에 참여했다. 2014년 서울대학교 컴퓨터공학부에서 박사 학위를 받았으며, 현재 한국전자통신연구원에서 선임연구원으로 재직 중이다. 옮긴 책으로는 에이콘출판사에서 펴낸 『퀄리티 코드』(2017)와 『블록체인 완전정복 2/e』(2019)이 있다.

작가의 말

양자 컴퓨팅(Quantum computing)은 매우 작은 원자 입자(atomic particles)와 아원자 입자(subatomic particles)의 움직임을 설명하는 양자역학의 원리를 바탕으로 한다. 입자들이 움직이는 방식을 이용해 양자 컴퓨터는 연산을 기존 컴퓨터보다 훨씬 빠르게 수행할 수 있다. 지난 이십 년 동안 양자 컴퓨팅은 물리학자와 컴퓨터 과학자, 전기 공학자들의 주요 연구 분야로 발전했다.
이 책은 양자 컴퓨팅에 ‘무난하게 입문’할 수 있도록 돕고자 한다. 일반적인 전기 공학이나 컴퓨터 과학, 물리학 학부 과정 수준을 넘어서는 기술적 지식을 요구하지 않는 선에서 양자 컴퓨팅 시스템의 개념과 작용을 설명한다.
세세한 수학적인 내용에 질리지 않으면서도 가독성 있고 이해하기 쉬운 방식으로 내용을 설명하는 것이 이 책의 주된 목표다. 내용을 이해하는 데 필요한 설명은 적절한 위치에 모두 들어 있다.

목차

  • 01장 복소수, 벡터 공간, 디랙 표기법
    1.1 복소수
    1.2 켤레복소수
    1.3 벡터 공간
    1.4 기저 집합
    1.5 디랙 표기법
    1.5.1 켓
    1.5.2 브라
    1.6 내적
    1.7 일차 종속 벡터와 일차 독립 벡터
    1.8 쌍대벡터 공간
    1.9 계산 기저
    1.10 외적

    02장 기초 양자역학
    2.1 고전 물리학의 한계
    2.1.1 흑체 복사
    2.1.2 플랑크 상수
    2.2 광전 효과
    2.3 고전 전자기 이론
    2.4 러더퍼드의 원자 모형
    2.5 보어의 원자 모형
    2.6 빛의 입자성과 파동성
    2.7 파동 함수
    2.8 양자역학의 공준

    03장 행렬과 연산자
    3.1 행렬
    3.2 정사각행렬
    3.3 대각행렬(또는 삼각행렬)
    3.4 연산자
    3.4.1 연산자에 대한 규칙
    3.5 선형 연산자
    3.6 교환자
    3.7 선형 연산자의 행렬 표현
    3.8 대칭행렬
    3.9 전치 연산
    3.10 직교행렬
    3.11 항등 연산자
    3.12 수반 연산자
    3.13 에르미트 연산자
    3.14 유니타리 연산자
    3.14.1 유니타리 연산자의 성질
    3.15 사영 연산자

    04장 부울 대수, 논리 게이트, 양자 정보 처리
    4.1 부울 대수
    4.2 고전 회로 계산 모델
    4.3 범용 논리 게이트
    4.4 양자 계산
    4.5 양자 비트와 표현
    4.6 양자계에서의 중첩
    4.7 양자 레지스터

    05장 양자 게이트와 양자 회로
    5.1 X 게이트
    5.2 Y 게이트
    5.3 Z 게이트
    5.4 (NOT의 제곱근) 게이트
    5.5 아다마르 게이트
    5.6 위상 게이트
    5.7 T 게이트
    5.8 가역 논리
    5.9 CNOT 게이트
    5.10 제어형 U 게이트
    5.11 가역 게이트
    5.11.1 프레드킨 게이트(CSWAP 게이트)
    5.11.2 토폴리 게이트(CCNOT 게이트)
    5.11.3 페레스 게이트

    06장 텐서곱, 중첩, 양자 얽힘
    6.1 텐서곱
    6.2 다중 큐비트 시스템
    6.3 중첩
    6.4 얽힘
    6.5 결어긋남

    07장 순간 이동과 초고밀도 코드화
    7.1 양자 순간 이동
    7.2 복제 불가능 정리
    7.3 초고밀도 코드화

    08장 양자 오류 정정
    8.1 고전적인 오류 정정 코드
    8.2 양자 오류 정정 코드
    8.3 쇼어의 3-큐비트 비트 플립 코드
    8.4 오류 정정
    8.4.1 비트 플립 오류 수정
    8.4.2 위상 오류 정정
    8.5 쇼어의 9 큐비트 코드

    09장 양자 알고리즘
    9.1 도이치 알고리즘
    9.2 도이치-조사 알고리즘
    9.3 그로버의 검색 알고리즘
    9.3.1 그로버 알고리즘의 세부 사항
    9.4 쇼어의 인수 분해 알고리즘

    10장 양자 암호화
    10.1 정보 보안 원칙
    10.2 일회용 패드
    10.3 공개 키 암호화
    10.4 RSA 코드화 체계
    10.5 양자 암호화
    10.6 양자 키 분배
    10.7 BB84
    10.8 에커트

출판사 서평

★ 이 책의 구성 ★

1장, ‘복소수, 벡터 공간, 디랙 표기법’에서는 복소수와 벡터의 내용을 복습한다. 또한 양자역학에서 양자 상태를 나타내는 데 널리 쓰이는 디랙(Dirac)의 브라-켓 표기법(bra-ket notation)을 소개한다.
2장, ‘기초 양자역학’에서는 양자역학의 발전을 설명하고, 원자 수준과 아원자 수준에서 물질의 움직임을 다룬다.
3장, ‘행렬과 연산자’에서는 행렬과 연산자를 전반적으로 다룬다. 연산자는 양자 계산에 폭넓게 사용되며, 양자 상태에 작용해 양자 상태를 변화시킨다. 양자 컴퓨팅에서 모든 연산자는 선형 연산자며, 행렬로 표현된다.
4장, ‘부울 대수, 논리 게이트, 양자 정보 처리’에서는 부울 대수와 고전 논리 게이트의 기본 내용을 설명한다. 또한 양자 정보 처리의 원리를 자세히 설명하고 큐비트(qubit)를 소개한다. 고전 컴퓨터에서 비트(bit)가 정보의 기본 단위인 것처럼 양자 컴퓨터에서는 큐비트가 정보의 기본 단위다.
5장, ‘양자 게이트와 양자 회로’에서는 양자 게이트를 자세히 살펴본다. 양자 게이트는 수학적으로 변환 행렬로 표현된다. 단일 큐비트 게이트 연산과 2 큐비트 게이트 연산을 상세히 설명한다.
6장, ‘텐서곱, 중첩, 양자 얽힘’에서는 매혹적인 양자 입자의 두 가지 특징인 중첩(superposition)과 얽힘(entanglement)을 설명하는데, 두 가지 모두 양자 컴퓨팅에 사용된다. 중첩과 얽힘의 개념을 이해하려면 텐서곱(tensor product)에 어느 정도 익숙해야 한다. 따라서 텐서곱을 간단히 소개한다.
7장, ‘순간 이동과 초고밀도 코드화’에서는 양자 정보의 두 가지 고유한 특징인 순간 이동(teleportation)과 초고밀도 코드화(superdense coding)를 알아본다. 순간 이동은 고전적인 비트만 보내 양자 데이터를 전송하는 기능이다. 반면에 초고밀도 코드화는 하나의 큐비트만 보내 두 개의 고전적인 비트를 전송하는 데 사용된다.
8장, ‘양자 오류 정정’에서는 양자 시스템에서 발생할 수 있는 오류 유형과 이러한 오류를 수정하는 기술을 설명한다. 양자 컴퓨팅 시스템의 주요한 문제는 환경과 상호작용할 때마다 양자 비트(quantum bit, 큐비트)에 오류가 생길 수 있다는 점이다. 그러나 고전적인 오류 정정 코드와 마찬가지로 오류 정정 코드를 사용해 큐비트에 있는 오류를 검출하고 정정할 수 있다.
9장, ‘양자 알고리즘’에서는 양자 컴퓨팅이 많은 주목을 끌게 된 주요한 이유들 중 한 가지를 알아본다. 선형 대수의 수학 연산을 차용해 양자 정보를 조작할 수 있다. 이는 데이터베이스 검색이나 큰 정수의 인수 분해와 같은 특정 연산을 훨씬 빠르게 수행하는 양자 알고리즘의 개발로 이어졌다. 이러한 연산을 수행하려면 기존 컴퓨터가 필요하다. 유명한 양자 알고리즘 몇 가지를 설명한다.
10장, ‘양자 암호화’에서는 먼저 고전 암호화 시스템과 다양한 데이터 암호화 기술을 설명한다. 그런 다음 데이터를 인코딩하는 데 광자(photon, 빛의 입자)의 본질적인 양자 성질을 이용하는 양자 암호화의 원리를 알아본다. 양자 키 분배 프로토콜에서 중요한 몇 가지 기술도 알아본다.

★ 옮긴이의 말 ★

양자 컴퓨팅이 생각보다 빠르게 우리에게 다가오고 있다. 2011년에 최초의 양자 컴퓨터인 D-웨이브 원(D-Wave One)이 등장한 이래, 실용화할 수 있는 양자 컴퓨터를 개발하려는 노력이 계속되고 있으며, IBM Q Experience와 같은 서비스를 이용해 양자 컴퓨팅을 시뮬레이션해 볼 수 있는 환경에 이르렀다. 양자역학의 원리를 이용한 병렬 계산을 통해 고전적인 컴퓨터로는 해결하지 못했던 문제를 해결할 수 있다는 기대가 조금씩 현실화되고 있다. 기존 컴퓨터로는 계산이 오래 걸려 사실상 해를 구하기가 어려운 특정 연산에 근거한 정보 보안과 같은 분야에는 큰 변화가 일어나리라 예상된다.
기존 컴퓨터의 한계를 뛰어넘을 수 있는 잠재력 덕분에 양자 컴퓨팅에 대한 관심이 점차 높아지고 있지만, 양자 컴퓨팅을 이해하려면 전산 관련 지식뿐만 아니라 부담스러운 양자역학과 대수학 지식이 필요하다. 그러다 보니 양자 컴퓨팅 관련 도서나 기사, 온라인 자료 등을 보면 어려운 물리, 수학을 완전히 배제한 채 내용을 너무 가볍게 다루거나, 전공 연구자들만 알아볼 수 있도록 너무 어렵게 설명하는 경우가 대부분이다. 그래서 그 간극을 건너가기가 매우 어려운데, 이 책이 다리를 놓아주기를 기대한다.
저자인 파라그 랄라 교수는 이 책에 양자 컴퓨팅의 기초를 이해하는 데 필요한 양자역학과 대수학 내용을 모두 포함하면서도 필요한 내용만 간결하게 담으려고 시도했다. 분량을 많지 않게 유지한 측면은 바람직하지만, 보충 설명이 적어 요점을 간추린 강의 노트 같은 느낌이 들기도 한다. 이 책과 더불어 물리와 양자역학의 기초를 익히고 싶다면 2019년 초에 전면 개정판이 나온 『최무영 교수의 물리학 강의』(책갈피)를 추천한다. 그 외에 양자역학에 관한 다양한 도서가 『김상욱의 양자 공부』(사이언스북, 2017)의 부록 또는 한국물리학회 웹진에 실린 〈양자 세계를 여행하는 히치하이커를 위한 가이드〉에 잘 소개돼 있으니 참고하기 바란다. 양자 정보 처리 분야의 책으로는 양자 정보 이론의 관점에서 세상을 설명하는 블라트코 베드럴의 『물리법칙의 발견』(모티브룩, 2011)과 세스 로이드의 『Programming the Universe』(Knopf, 2006)라는 책을 살펴보기 바라며, 에이콘출판사에서 펴낸 『양자 컴퓨터 프로그래밍』(2019)을 참고해 이론과 실습을 함께 익혀보는 것도 좋겠다.

기본정보

상품정보
ISBN 9791161753867
발행(출시)일자 2020년 01월 31일 (1쇄 2020년 01월 30일)
쪽수 256쪽
크기
149 * 229 * 20 mm / 480 g
총권수 1권
원서명/저자명 Quantum Computing/Lala, Parag K.

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  • 바로드림은 전국 교보문고 매장 및 교내서점에서 이용 가능합니다.
  • 잡지 및 일부 도서는 바로드림 이용이 불가합니다.
  • 각 매장 운영시간에 따라 바로드림 이용 시간이 달라질 수 있습니다.

수령 안내

  • 안내되는 재고수량은 서비스 운영 목적에 따라 상이할 수 있으므로 해당 매장에 문의해주시기 바랍니다.
  • 바로드림 주문 후 재고가 실시간 변동되어, 수령 예상 시간에 수령이 어려울 수 있습니다.

취소/교환/반품 안내

  • 주문 후 7일간 찾아가지 않으시면, 자동으로 결제가 취소됩니다.
  • 취소된 금액은 결제수단의 승인취소 및 예치금으로 전환됩니다.
  • 교환/반품은 수령하신 매장에서만 가능합니다.

사은품 관련 안내

  • 바로드림 서비스는 일부 1+1 도서, 경품, 사은품 등이 포함 되지 않습니다.

음반/DVD 바로드림시 유의사항

  • 음반/DVD 상품은 바로드림 주문 후 수령점 변경이 불가합니다. 주문 전 수령점을 꼭 확인해 주세요.
  • 사은품(포스터,엽서 등)은 증정되지 않습니다.
  • 커버이미지 랜덤발매 음반은 버전 선택이 불가합니다.
  • 광화문점,강남점,대구점,영등포점,잠실점은 [직접 찾아 바로드림존 가기], [바로드림존에서 받기] 로 주문시 음반 코너에서 수령확인이 가능합니다
  • 선물 받는 분의 휴대폰번호만 입력하신 후 결제하시면 받는 분 휴대폰으로 선물번호가 전달됩니다.
  • 문자를 받은 분께서는 마이 > 주문관리 > 모바일 선물내역 화면에서 선물번호와 배송지 정보를 입력하시면 선물주문이 완료되어 상품준비 및 배송이 진행됩니다.
  • 선물하기 결제하신 후 14일까지 받는 분이 선물번호를 등록하지 않으실 경우 주문은 자동취소 됩니다.
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바로드림 서비스 안내

  1. STEP 01
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  2. STEP 02
    준비완료 알림 시 매장 방문하기
  3. STEP 03
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  1. STEP 01
    픽업박스에서 찾기 주문
  2. STEP 02
    도서준비완료 후 휴대폰으로 인증번호 전송
  3. STEP 03
    매장 방문하여 픽업박스에서 인증번호 입력 후 도서 픽업
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도서 소득공제 안내

  • 도서 소득공제란?

    • 2018년 7월 1일 부터 근로소득자가 신용카드 등으로 도서구입 및 공연을 관람하기 위해 사용한 금액이 추가 공제됩니다. (추가 공제한도 100만원까지 인정)
      • 총 급여 7,000만 원 이하 근로소득자 중 신용카드, 직불카드 등 사용액이 총급여의 25%가 넘는 사람에게 적용
      • 현재 ‘신용카드 등 사용금액’의 소득 공제한도는 300만 원이고 신용카드사용액의 공제율은 15%이지만, 도서·공연 사용분은 추가로 100만 원의 소득 공제한도가 인정되고 공제율은 30%로 적용
      • 시행시기 이후 도서·공연 사용액에 대해서는 “2018년 귀속 근로소득 연말 정산”시기(19.1.15~)에 국세청 홈택스 연말정산간소화 서비스 제공
  • 도서 소득공제 대상

    • 도서(내서,외서,해외주문도서), eBook(구매)
    • 도서 소득공제 대상 상품에 수반되는 국내 배송비 (해외 배송비 제외)
      • 제외상품 : 잡지 등 정기 간행물, 음반, DVD, 기프트, eBook(대여,학술논문), 사은품, 선물포장, 책 그리고 꽃
      • 상품정보의 “소득공제” 표기를 참고하시기 바랍니다.
  • 도서 소득공제 가능 결제수단

    • 카드결제 : 신용카드(개인카드에 한함)
    • 현금결제 : 예치금, 교보e캐시(충전에한함), 해피머니상품권, 컬쳐캐쉬, 기프트 카드, 실시간계좌이체, 온라인입금
    • 간편결제 : 교보페이, 네이버페이, 삼성페이, 카카오페이, PAYCO, 토스, CHAI
      • 현금결제는 현금영수증을 개인소득공제용으로 신청 시에만 도서 소득공제 됩니다.
      • 교보e캐시 도서 소득공제 금액은 교보eBook > e캐시 > 충전/사용내역에서 확인 가능합니다.
      • SKpay, 휴대폰 결제, 교보캐시는 도서 소득공제 불가
  • 부분 취소 안내

    • 대상상품+제외상품을 주문하여 신용카드 "2회 결제하기"를 선택 한 경우, 부분취소/반품 시 예치금으로 환원됩니다.

      신용카드 결제 후 예치금으로 환원 된 경우 승인취소 되지 않습니다.

  • 도서 소득공제 불가 안내

    • 법인카드로 결제 한 경우
    • 현금영수증을 사업자증빙용으로 신청 한 경우
    • 분철신청시 발생되는 분철비용

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