“최근 들어 언론이 양자 컴퓨팅 혁명이 도래한 것에 관해 수많은 기사를 쏟아내고 있습니다. 이 책의 저자인 크리스 베른하트는 매력적인 양자 컴퓨팅 분야에 관심 있는 모든 이에게 기초를 가르칠 수 있는 책을 놀랄 만한 솜씨로 간결하게 완성했습니다. 독자들은 고등학교 수준의 수학만 알고 있으면 됩니다. 그러면 양자 컴퓨터의 많은 부분으로 아주 친절한 안내를 받게 될 것입니다.”
- 노손 S. 야노프스키(Noson S. Yanofsky)/ 브루클린대학교 컴퓨터 및 정보과학과 교수, 『Quantum Computing for Computer Scientists』 공동 저자이자 『The Outer Limits of Reason』 저자

“베른하트는 양자 컴퓨팅에 관한 명료하고 정확한 개론서를 썼습니다. 초심자는 이 책을 읽고 양자 순간이동, 벨의 부등식, 사이먼의 알고리즘 등을 제대로 이해할 수 있습니다. 초심자가 나에게 적당한 양자 컴퓨팅 책을 묻는다면, 단연 이 책을 추천할 것입니다”
- 스콧 애론슨(Scott Aaronson)/ 텍사스대학교 데이비드 제이 브루톤 센테니얼 컴퓨터과학과 교수이자 양자정보센터 디렉터, 『Quantum Computing since Democritus』 저자

“비트는 큐비트로 대체될 것인가? 양자 컴퓨터는 기술의 수평선에서 떠오르고 있습니다. 이 책은 IT 리더들이 양자 효과를 구경하기만 하는 것을 넘어 양자 컴퓨팅의 기초에 도달하는 길을 터줍니다.”
- 알렉산더 키와틴 듀드니(Alexander Keewatin Dewdney)/ 웨스턴온타리오대학교 컴퓨터과학 교수

 

1장. 스핀
__양자 시계
__동일 방향으로 반복 측정
__서로 다른 방향으로 반복 측정
__측정
__무작위성
__광자와 편광
__결론

2장. 선형대수학
__복소수 대 실수
__벡터
__벡터의 다이어그램
__벡터의 길이
__실수배(혹은 스칼라 곱셈)
__벡터 덧셈
__직교 벡터
__브라에 켓 곱하기
__브라켓과 길이
__브라켓과 직교
__정규직교 기저
__기저 벡터들의 선형 조합으로서의 벡터
__순서 기저
__벡터의 길이
__행렬
__행렬 계산
__직교행렬과 유니타리행렬
__선형대수학 도구 상자

3장. 스핀과 큐비트
__확률
__양자 스핀을 위한 수학
__동치 상태 벡터
__특정 스핀 방향의 기저
__608만큼 장치 회전
__광자 편광을 위한 수학 모델
__특정 편광 방향의 기저
__편광 필터 실험
__큐비트
__앨리스, 밥, 이브
__확률 진폭과 간섭
__앨리스, 밥, 이브 그리고 BB84 프로토콜

4장. 얽힘
__앨리스와 밥의 큐비트가 서로 얽혀 있지 않은 경우
__큐비트가 얽히지 않은 경우
__큐비트가 얽혀 있는 경우
__초광속 통신
__텐서곱의 표준 기저
__큐비트를 얽는 방법
__CNOT 게이트를 사용해 큐비트 얽기
__얽힌 양자 시계

5장. 벨의 부등식
__다른 기저로 얽힌 큐비트 측정
__아인슈타인과 국소적 실재론
__아인슈타인과 숨은 변수
__얽힘에 대한 고전 물리학적 설명
__벨의 부등식
__양자역학의 답
__고전적 모델의 답
__측정
__양자 키 배포를 위한 에커트 프로토콜

6장. 고전적 논리, 게이트, 회로
__논리
__부울 대수
__함수 완전성
__게이트
__회로
__NAND는 범용 게이트다
__게이트와 컴퓨팅
__메모리
__가역 컴퓨팅
__당구공 컴퓨팅

7장. 양자 게이트와 양자 회로
__큐비트
__CNOT 게이트
__양자 게이트
__1개의 큐비트에 대해서 동작하는 양자 게이트
__아마다르 게이트
__범용 양자 게이트가 존재하는가?
__복제 불가 정리
__양자 컴퓨팅 대 고전적 컴퓨팅
__벨 회로
__초고밀도 코딩
__양자 순간 이동
__오류 정정

8장. 양자 알고리즘
__복잡도 클래스 P와 NP
__양자 알고리즘은 고전적 알고리즘보다 빠른가?
__쿼리 복잡도
__도이치 알고리즘
__하다마드 행렬의 크로네커곱
__도이치-조사 알고리즘
__사이먼의 알고리즘
__복잡도 클래스
__양자 알고리즘

9장. 양자 컴퓨팅의 영향력
__쇼어 알고리즘과 암호 해석
__그로버의 알고리즘과 데이터 검색
__화학 및 시뮬레이션
__하드웨어
__양자 우위와 평행 우주
__컴퓨팅

천재적이고 아름다운 몇 개의 구조물을 보게 될 것이다. 양자 컴퓨팅과 고전적 컴퓨팅이 별개의 원리가 아니며 양자 컴퓨팅이 좀 더 근본적인 형태의 컴퓨팅임을 깨닫게 될 것이다. 고전적으로 계산될 수 있는 것은 모두 양자 컴퓨터에서도 계산될 수 있다. 비트가 아니라 큐비트가 계산의 기본 단위다. 컴퓨팅은 본질적으로 양자 컴퓨팅을 의미한다.
마지막으로, 이 책은 양자 계산의 이론을 다룬다는 점을 강조하고 싶다. 다시 말해서, 하드웨어가 아니라 주로 소프트웨어에 관한 책이다. 하드웨어를 간단히 언급하고 물리적으로 큐비트를 얽힌 상태로 만드는 방법도 설명하지만 어디까지나 부차적인 내용일 뿐이다. 이 책은 양자 컴퓨터를 만드는 방법이 아니라 사용하는 방법을 다룬다.

 

★ 옮긴이의 말 ★

수학에 관한 기본적인 배경지식을 갖춘 독자를 대상으로 양자 컴퓨터의 기본 원리를 설명하는 이론서입니다. 양자 컴퓨터의 바탕이 되는 양자역학은 얽힘, 중첩 등의 개념을 포함합니다. 상식적으로는 받아들이기 쉽지 않은 개념이며 단어로 나타내면 정확히 이해하기 어렵습니다. 그래서 수학적 표현이 필수입니다. 이 책은 이런 개념들의 수학적 모델을 가급적 단순화해서 제시하는 데 집중합니다. 이를 위해 저자가 복소수 표현을 배제하고 선형대수학의 기초 개념을 설명하는 등 많은 노력을 기울입니다만, 그럼에도 고등학생 수준의 수학 지식은 필수입니다.
1장은 양자 컴퓨팅의 기본 단위인 큐비트를 소개합니다. 큐비트는 흔히 전자 스핀으로 표현되므로, 스핀을 다양한 방향에서 측정할 때 무슨 일이 일어나는지 보여주는 실험 예제를 통해 큐비트의 성질을 설명합니다. 이어지는 2장은 이 책을 공부하는 데 필요한 선형대수학의 핵심 개념을 이야기합니다. 특히 벡터와 행렬 계산 방법을 소개합니다. 3장에서는 2장에서 배운 선형대수학을 사용해 1장에서 배운 전자 스핀의 수학적 모델을 제시하고, 이를 통해 큐비트를 정의합니다.
4장과 5장은 얽힘에 관해 다룹니다. 우선 4장에서는 텐서곱의 개념을 소개함으로써 큐비트의 집합을 하나의 모델로 기술하는 방법을 설명합니다. 5장은 벨의 부등식을 이야기합니다. 얽힘을 ‘도깨비 같은 원격 작용’이라고 부르면서 반대했던 아인슈타인의 주장의 정당성을 실험적으로 판단할 수 있는 식입니다. 결국 아인슈타인이 틀린 것으로 결론이 나고 있지만, 부등식을 고안한 벨조차도 아인슈타인의 시각과 접근법을 옹호했으며 저자도 이에 동의하고 있습니다.
6장과 7장은 본격적으로 컴퓨터와 관련된 용어가 나오기 시작합니다. 6장에서는 고전적 컴퓨터의 비트, 게이트, 논리에 관해 설명하고 가역적 컴퓨팅과 범용 게이트의 개념을 소개합니다. 7장에서는 이 개념들의 양자 컴퓨터 버전을 설명하고, 큐비트가 양자 게이트를 통과하면 어떻게 바뀌는지 보여줍니다.
8장은 몇 가지 양자 알고리즘을 소개하고, 고전적 알고리즘보다 얼마나 속도가 향상되는지 설명합니다. 마지막으로 9장은 그로버의 검색 알고리즘과 쇼어의 소인수분해 알고리즘을 간단히 소개하고, 양자 컴퓨터가 양자역학 프로세스를 정밀하게 시뮬레이션하는 데 이미 사용되고 있음을 보여줍니다.
이 책은 프로그래머를 위한 책이 아닙니다. 양자 컴퓨터의 주요 원리를 수학적 기반 위에서 이해하고자 하는 독자가 양자 컴퓨터에 입문하기에 적절한 책입니다. 대학원생 수준의 책을 읽기 전에 거쳐 갈 만한 책이라고 생각해도 좋을 것 같습니다.