Let's play a game. Imagine that you are in Las Vegas, in a casino, and you decide to play a game on one of the casino's computers, just like you might play solitaire or chess. The computer can make moves in the game, just like a human player. This is a coin game. It starts with a coin showing heads, and the computer will play first. It can choose to flip the coin or not, but you don't get to see the outcome. Next, it's your turn. You can also choose to flip the coin or not, and your move will not be revealed to your opponent, the computer. Finally, the computer plays again, and can flip the coin or not, and after these three rounds, the coin is revealed, and if it is heads, the computer wins, if it's tails, you win.
게임을 하나 해보죠. 라스베가스의 카지노에 있다고 상상해보세요. 컴퓨터를 상대로 게임을 해 보기로 합니다. 혼자서 카드나 체스를 할 때처럼요. 컴퓨터도 사람처럼 수를 쓰며 게임을 하잖아요. 이제 동전 뒤집 게임을 할 건데요. 동전의 앞면이 나오고 컴퓨터가 먼저 시작합니다. 동전을 뒤집을지 말지 선택할 수 있고 여러분은 결과를 알 수 없죠. 이제 여러분 차례에요. 여러분도 동전을 뒤집을지 말지 선택할 수 있고 이 결과 또한 상대방인 컴퓨터는 알지 못하죠. 마지막으로, 컴퓨터가 한 번 더 뒤집을지 말지 선택하고 이렇게 세 판이 끝나면 동전을 확인합니다. 앞면이면 컴퓨터가 이긴 거고 뒷면이면 여러분이 이긴 거예요.
So it's a pretty simple game, and if everybody plays honestly, and the coin is fair, then you have a 50 percent chance of winning this game. And to confirm that, I asked my students to play this game on our computers, and after many, many tries, their winning rate ended up being 50 percent, or close to 50 percent, as expected. Sounds like a boring game, right?
꽤 간단하죠. 아무도 속임수를 쓰지 않고, 동전에도 이상이 없다면 여러분이 이길 확률은 반이죠. 이를 확인해보려고 학생들에게 저희 컴퓨터를 가지고 그 게임을 해보라고 했어요. 수없이 반복해 본 결과 승률이 50%로 나왔어요. 아니 50% 가깝게요. 예상대로였죠. 재미없는 게임 같죠?
But what if you could play this game on a quantum computer? Now, Las Vegas casinos do not have quantum computers, as far as I know, but IBM has built a working quantum computer. Here it is.
하지만 상대가 양자컴퓨터라면 어떨까요? 현재 라스베가스 카지노에는 양자컴퓨터가 없는데, 제가 알기론요. 하지만 IBM에서 실제 작동하는 양자컴퓨터를 만들었어요. 바로 이거죠.
But what is a quantum computer? Well, quantum physics describes the behavior of atoms and fundamental particles, like electrons and photons. So a quantum computer operates by controlling the behavior of these particles, but in a way that is completely different from our regular computers. So a quantum computer is not just a more powerful version of our current computers, just like a light bulb is not a more powerful candle. You cannot build a light bulb by building better and better candles. A light bulb is a different technology, based on deeper scientific understanding. Similarly, a quantum computer is a new kind of device, based on the science of quantum physics, and just like a light bulb transformed society, quantum computers have the potential to impact so many aspects of our lives, including our security needs, our health care and even the internet.
그런데 양자컴퓨터가 뭘까요? 양자물리학이 설명해 주는 건 원자와 기초입자들의 움직임이죠. 전자나 광자 같은 것들이요. 즉, 양자컴퓨터는 이런 입자들의 움직임을 조절하며 작동하는데 기존의 컴퓨터와는 완전히 차원이 다르죠. 그러니까, 양자컴퓨터는 기존 컴퓨터에 그저 뛰어난 성능만 더해진 것이 아닙니다. 아무리 밝은 양초라고 해서 전구와 같은 수 없는 것처럼요. 양초를 계속 개발한다고 전구가 되진 않잖아요. 전구는 전혀 다른 기술이고 훨씬 더 깊은 과학적 이해가 바탕이 됩니다. 마찬가지로 양자컴퓨터는 새로운 종류의 기기입니다. 양자물리학에 그 기반을 두고 있죠. 전구가 세상을 변화시킨 것처럼 양자컴퓨터 또한 우리 삶의 많은 부분을 변화시킬 잠재력이 있죠. 안전과 건강, 심지어 인터넷까지요.
So companies all around the world are working to build these devices, and to see what the excitement is all about, let's play our game on a quantum computer. So I can log into IBM's quantum computer from right here, which means I can play the game remotely, and so can you. To make this happen, you may remember getting an email ahead of time, from TED, asking you whether you would choose to flip the coin or not, if you played the game. Well, actually, we asked you to choose between a circle or a square. You didn't know it, but your choice of circle meant "flip the coin," and your choice of square was "don't flip." We received 372 responses. Thank you. That means we can play 372 games against the quantum computer using your choices. And it's a pretty fast game to play, so I can show you the results right here.
전 세계의 기업들이 그 개발을 위해 애쓰고 있는데 그들이 열광하는 이유를 알아보기 위해 양자컴퓨터와 게임을 해보겠습니다. 바로 이 자리에서 IBM의 양자컴퓨터에 접속해서 원격으로 게임이 가능합니다. 여러분도 할 수 있어요. TED에서 미리 보낸 이메일 하나를 기억하실텐데요. 동전을 뒤집을지 말지 선택하라는 거였죠. 이 게임에 참여한다면 말이죠. 사실, 원과 사각형 중 하나를 고르라고 했죠. 모르셨겠지만, 원은 "동전을 뒤집는다"이고 사각형은 "안 뒤집는다"로 정해 뒀어요. 답장이 372개 왔습니다. 감사드려요. 덕분에 양자컴퓨터를 상대로 게임을 372번 할 수 있었죠. 여러분의 선택을 적용해서요. 꽤 간단한 게임이라 바로 결과를 보여드릴게요.
Unfortunately, you didn't do very well.
안타깝게도, 결과가 별로 좋지 않네요.
(Laughter)
(웃음)
The quantum computer won almost every game. It lost a few only because of operational errors in the computer.
양자컴퓨터가 거의 다 이겼거든요. 작동오류로 몇 판 내줬을 뿐이죠.
(Laughter)
(웃음)
So how did it achieve this amazing winning streak? It seems like magic or cheating, but actually, it's just quantum physics in action. Here's how it works. A regular computer simulates heads or tails of a coin as a bit, a zero or a one, or a current flipping on and off inside your computer chip. A quantum computer is completely different. A quantum bit has a more fluid, nonbinary identity. It can exist in a superposition, or a combination of zero and one, with some probability of being zero and some probability of being one. In other words, its identity is on a spectrum. For example, it could have a 70 percent chance of being zero and a 30 percent chance of being one or 80-20 or 60-40. The possibilities are endless. The key idea here is that we have to give up on precise values of zero and one and allow for some uncertainty. So during the game, the quantum computer creates this fluid combination of heads and tails, zero and one, so that no matter what the player does, flip or no flip, the superposition remains intact. It's kind of like stirring a mixture of two fluids. Whether or not you stir, the fluids remain in a mixture, but in its final move, the quantum computer can unmix the zero and one, perfectly recovering heads so that you lose every time.
어떻게 이런 연승이 가능했을까요? 마술 아니면 속임수 같지만 사실 양자물리학으로 간단히 설명됩니다. 어떤 원리인지 보시죠. 일반 컴퓨터는 동전의 양면을 비트로 인식합니다. 0 아니면 1 이죠. 컴퓨터 칩 안의 전류를 켰다 껐다 하는 식입니다. 양자컴퓨터는 완전히 다릅니다. 양자비트는 훨씬 유동적이고 이진법이 적용되지 않죠. '중첩'으로 0 과 1의 값을 동시에 가질 수 있어요. 0과 1의 확률이 공존한다는 거죠. 다시 말해, 그 정체를 알 수 없습니다. 예를 들면, 0일 확률이 70%고 1일 확률이 30%거나 8 대 2 또는 6 대 4 등 그 조합엔 끝이 없죠. 여기서 핵심은 0과 1의 정확한 값은 포기하고 약간의 불확실성을 감안해야 하는 것입니다. 게임을 하면서 양자컴퓨터는 동전의 앞과 뒤의 유동적 조합을 만듭니다. 0과 1이죠. 따라서 상대가 뭘 선택하든, 동전을 뒤집든 말든 이 중첩은 그대로 유지됩니다. 마치 두 종류의 액체를 섞어 젓는 것과 같은데요. 젓든 젓지 않든 액체는 섞인 채로 있으니까요. 마지막 차례에서 양자컴퓨터는 0과 1을 분리하고 완전하게 앞면을 재생해 여러분은 매번 지게 됩니다.
(Laughter)
(웃음)
If you think this is all a bit weird, you are absolutely right. Regular coins do not exist in combinations of heads and tails. We do not experience this fluid quantum reality in our everyday lives. So if you are confused by quantum, don't worry, you're getting it.
좀 희한하다고 생각하셔도 지극히 정상입니다. 일반 동전은 앞과 뒤를 동시에 볼 수 없잖아요. 우리는 유동적인 양자의 세계를 일상에선 경험하지 못합니다. 전혀 감이 안 잡혀도 곧 알게 될테니, 걱정도 마세요.
(Laughter)
(웃음)
But even though we don't experience quantum strangeness, we can see its very real effects in action. You've seen the data for yourself. The quantum computer won because it harnessed superposition and uncertainty, and these quantum properties are powerful, not just to win coin games, but also to build future quantum technologies. So let me give you three examples of potential applications that could change our lives.
'양자 기묘도'를 경험하지 않더라도 그 효과를 실제로 볼 수는 있어요. 방금 그 데이터를 직접 보셨잖아요. 양자컴퓨터가 이겼던 건 중첩과 불확정성을 이용한 덕분입니다. 이 강력한 양자의 특성을 이용하면 동전게임을 이길 뿐만 아니라 미래의 양자 기술도 구축할 수 있죠. 이 말씀드릴 양자의 세 가지 잠재적 응용은 우리 삶을 바꿀 수도 있습니다.
First of all, quantum uncertainty could be used to create private keys for encrypting messages sent from one location to another so that hackers could not secretly copy the key perfectly, because of quantum uncertainty. They would have to break the laws of quantum physics to hack the key. So this kind of unbreakable encryption is already being tested by banks and other institutions worldwide. Today, we use more than 17 billion connected devices globally. Just imagine the impact quantum encryption could have in the future.
첫째, 양자 불확정성은 메시지 전송을 암호화하는 개인 암호키를 만드는 데 사용할 수 있습니다. 해커들이 이를 완벽하게 복제할 수 없는 건 양자의 불확정성 덕분입니다. 양자물리학의 법칙을 깨뜨려야 그 암호키를 따낼 수 있죠. 이 강력한 암호 체계는 은행 등 전 세계 여러 기관에서 이미 시험 운영되고 있습니다. 오늘날 170억 대 이상의 컴퓨터가 전 세계에 걸쳐 서로 연결돼 있죠. 양자 암호체계가 미래에 끼칠 영향을 상상해보세요.
Secondly, quantum technologies could also transform health care and medicine. For example, the design and analysis of molecules for drug development is a challenging problem today, and that's because exactly describing and calculating all of the quantum properties of all the atoms in the molecule is a computationally difficult task, even for our supercomputers. But a quantum computer could do better, because it operates using the same quantum properties as the molecule it's trying to simulate. So future large-scale quantum simulations for drug development could perhaps lead to treatments for diseases like Alzheimer's, which affects thousands of lives.
둘째, 양자기술은 보건의료도 변화시킬 수 있습니다. 예를 들어, 신약개발 과정에서 분자의 설계와 분석은 여전히 어려운 문제입니다. 왜냐면 분자 내 모든 원자들의 양자적 특성을 모두 정확하게 기술하고 계산하는 건 슈퍼컴퓨터로도 아주 까다롭기 때문이죠. 하지만 양자컴퓨터는 보다 쉽게 처리할 수 있습니다. 양자컴퓨터에 이용되는 양자의 특성이 모방하려는 분자들과 동일하기 때문입니다. 따라서 미래의 신약 개발을 위한 대규모 양자 시뮬레이션을 통해 알츠하이머 같은 병도 치료하며 수천 명의 삶에 영향을 줄 수 있죠.
And thirdly, my favorite quantum application is teleportation of information from one location to another without physically transmitting the information. Sounds like sci-fi, but it is possible, because these fluid identities of the quantum particles can get entangled across space and time in such a way that when you change something about one particle, it can impact the other, and that creates a channel for teleportation. It's already been demonstrated in research labs and could be part of a future quantum internet. We don't have such a network as yet, but my team is working on these possibilities, by simulating a quantum network on a quantum computer. So we have designed and implemented some interesting new protocols such as teleportation among different users in the network and efficient data transmission and even secure voting.
셋째, 제가 가장 좋아하는 양자 응용분야인데요. 한 곳에서 다른 곳으로 정보를 순간이동시키는 거죠. 물리적인 전송이 아닙니다. 공상과학 같지만 가능해요. 유동성을 가진 양자 입자는 시공간을 넘나들 수 있으니까요. 하나의 입자에 변화를 주면 다른 입자들도 영향을 받는 식으로 순간이동 통로를 만들죠. 이미 여러 연구기관에서 입증했고 향후 양자 인터넷을 실현할 수도 있습니다. 이런 네트워크는 아직 존재하지 않지만 저희 팀이 그 가능성을 연구하고 있어요. 양자컴퓨터에서 양자네트워크를 시험 가동해 보면서요. 그래서 몇 가지 흥미로운 통신체계를 설계해 구현해 봤죠. 네트워크 사용자 간 정보의 순간이동, 보다 효율적인 자료 전송, 철저한 보안의 투표 체계 등이죠.
So it's a lot of fun for me, being a quantum physicist. I highly recommend it.
양자물리학자가 되길 정말 잘했단 생각이 들어요. 강추합니다.
(Laughter)
(웃음)
We get to be explorers in a quantum wonderland. Who knows what applications we will discover next. We must tread carefully and responsibly as we build our quantum future. And for me, personally, I don't see quantum physics as a tool just to build quantum computers. I see quantum computers as a way for us to probe the mysteries of nature and reveal more about this hidden world outside of our experiences. How amazing that we humans, with our relatively limited access to the universe, can still see far beyond our horizons just using our imagination and our ingenuity. And the universe rewards us by showing us how incredibly interesting and surprising it is.
신비한 양자 세계를 탐험할 수 있잖아요. 또 뭘 발견할지 누가 알겠어요? 신중한 접근과 책임감을 갖고 양자의 미래를 건설해야 합니다. 그리고 전 개인적으로 양자물리학을 양자컴퓨터를 만드는 도구로만 생각하진 않아요. 양자컴퓨터는 우리가 자연의 신비를 탐구하고 아직 경험해보지 못한 세상을 보여줄 도구로 생각하죠. 인류는 정말 대단하잖아요. 우주에 대한 접근은 제한적이지만 결국 지평선 너머의 많은 것들을 볼 수 있게 되었습니다. 상상력과 독창성만으로 그걸 가능케 했죠. 그리고 우주는 그에 대한 보답으로 놀라운 신비와 경이로움을 우리에게 보여주고 있습니다.
The future is fundamentally uncertain, and to me, that is certainly exciting.
미래는 본질적으로 불확실하지만 그 점이 제겐 너무나 흥미진진합니다.
Thank you.
감사합니다.
(Applause)
(박수)