간단한 소프트웨어 하나 돌릴 수 있는 수준의 AT컴퓨터(프로세서명 286)가 1980년대 말 200만원이란 ‘초저가’로 세상에 나왔을 때 사람들은 슈퍼컴퓨터가 가정으로 들어오게 됐다며 찬탄을 아끼지 않았다. 이후 386,486,586(펜티엄)으로 발전되면서 지금의 컴퓨터 능력은 과거의 몇백배 이상으로 향상됐다. 하지만 반도체 기술에 기초한 현재의 컴퓨터 기술은 멀지 않아 다른 기술에 추월당해 주인자리를 내주게 될 것 같다. 반도체 집적기술이 한계에 다다른 데다 양자,DNA, 빛 등 다양한 형태의 미래형 컴퓨터 기술이 속속 개발되고 있기 때문이다. 과학자들은 지금 우리가 쓰는 컴퓨터의 생명을 길어야 20년 정도로 잡는다. ●반도체 집적기술 한계점 보인다 현재 쓰고 있는 컴퓨터의 원형은 1950년 미국의 폰 노이만이 개발한 ‘에드박’(EDVAC)이다.46년 1만 8000개의 진공관을 이용한 최초의 컴퓨터 ‘에니악’(ENIAC)을 개량한 것으로 지금까지 컴퓨터 작동의 원리는 에드박에 기반을 두고 있다. 결국 컴퓨터 기술의 발전은 진공관-트랜지스터-반도체로 이어지는 부품소재의 성능향상이 이끌어온 것이다. 특히 컴퓨터의 보급확산을 가능케 했던 것은 ‘무어의 법칙’(반도체의 처리속도와 메모리 용량이 1년6개월마다 2배로 증가)으로 대표되는 대용량 집적기술의 발전이었다. 그러나 실리콘(규소)을 이용하는 반도체 기술의 발전은 종착역을 앞두고 있다. 기존 실리콘 소재를 갖고는 집적도를 한없이 높이는 게 불가능하기 때문이다. 과학자들은 하드웨어(컴퓨터)가 소프트웨어(인터넷, 프로그램)의 발전속도를 따라가지 못하는 상황이 오는 그 시점이 되면 지금과 같은 ‘폰 노이만’식 컴퓨터는 사양길로 접어들 것으로 전망한다. 특히 반도체 집적도가 높아지면서 실리콘 전자들이 정해진 대로 움직이지 않고 불규칙하게 이동하는 ‘양자효과’가 나타날 경우, 기술한계 도달시점은 더 빨라질 것으로 본다. ●단점을 장점으로 만든 양자컴퓨터 그 대안으로 양자컴퓨터,DNA컴퓨터, 분자컴퓨터, 광(光)컴퓨터 등의 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이 가운데 어떤 컴퓨터가 최후의 승자가 될지는 아직 알 수 없다. 하지만 현재로서는 양자컴퓨터가 상용화에 가장 근접해 있는 것으로 평가받는다. 물리학의 양자역학과 나노기술을 활용한 양자컴퓨터는 정보처리의 최소단위를 기존 ‘비트’(bit)에서 ‘큐비트’(Qbit)로 확대한 것이다. 즉 2진법으로 연산하는 지금의 컴퓨터는 전류가 흐를 때 ‘0 또는(or) 1’로 판단해 정보를 해석하지만 양자컴퓨터는 ‘0 그리고(and) 1’로 파악하기 때문에 비트방식의 2배인 4가지 상태(00,01,10,11)로 표현이 가능하다. 또 비트는 정보를 축적할 수 없지만 큐비트는 처음 내보낸 정보를 계속 기억하기 때문에 연산속도를 더욱 높일 수 있다. 이에 따라 기존 컴퓨터로는 129자리의 암호를 푸는데 전 세계 1600여대의 슈퍼컴퓨터를 인터넷으로 연결해도 8개월이 걸리지만, 양자컴퓨터는 단 몇 분만에 해결할 수 있다. ●네 가지 신호로 구성된 DNA컴퓨터도 주목 DNA컴퓨터도 주목받고 있다. 현재 컴퓨터의 주기억장치(CPU)와 메모리에 해당하는 부분을 네가지 신호(A,T,C,G)를 갖는 DNA로 만들기 때문에 기존 컴퓨터에 비해 소형화에 유리하다. 실행속도 역시 훨씬 빠를 수 있다. 그러나 DNA컴퓨터는 의료용에 초점이 더 맞춰져 있어서 일반 가정용 컴퓨터로 만들어지기는 어려울 것으로 보인다. 액체 안에서만 작동되는 데다 입력장치(키보드 등)나 출력장치(모니터, 프린터 등) 등을 만들기가 매우 어렵기 때문이다. 광컴퓨터는 데이터를 주고받는 데 전류 대신 빛을 사용한다. 빛은 전기보다 전달속도가 10배 이상 빠르고 전할 수 있는 정보의 양도 많으며 전달 효율도 훨씬 뛰어나다. 그러나 광연산소자는 나노 기술을 이용한 첨단 광결정소재를 이용하기 때문에 가격이 비싸 실용화를 앞당기는 데 제약요인이 되고 있다. 차세대 컴퓨터들은 지식축적이 가능해 개발이 현실화될 경우 학습도 가능해진다. 사람처럼 말하고 생각하고 행동하는 ‘인공지능’ 컴퓨터의 개발기반이 놓이는 셈이다. 이럴 경우, 기계들이 인류를 지배하는 내용의 영화 ‘터미네이터’와 같은 상황이 전혀 상상 속에만 머물지 않게 될 수도 있다. 장세훈기자 shjang@seoul.co.kr

｜도쿄 연합｜일본 NEC와 이화학연구소는 미래의 초고속 계산기로 기대를 모으고 있는 양자 컴퓨터의 기초 회로를 공동 개발했다고 니혼 게이자이(日本經濟)신문이 20일 보도했다. 슈퍼 컴퓨터로 수십억년이 걸리는 계산을 수초만에 해치우는 양자 컴퓨터의 원리를 확인할 수 있는 회로 개발에 성공한 것은 이번이 처음이다. 양자 역학의 원리를 활용한 양자 컴퓨터는 대량의 정보를 동시 병행해 일거에 처리할 수 있는 능력이 특징으로,지금까지는 소자(素子) 1개를 사용하는 기초연구가 중심이었다.연구팀은 이번 성과를 20일자 영국 과학지 네이처에 발표했다. 양자 컴퓨터가 실현될 경우 신약의 효과나 신재료 기능을 실제로 만들기 전에 정확히 예측할 수 있게 된다.실현 시기는 수십년 후가 될 것으로 예상되고 있다.

●중국 가서 망하는 법(손석복 지음,중앙 M&B펴냄) 중국 현지에서 사업을 하며 실패와 성공을 직접 체험한 저자가 들려주는 중국의 허와 실.부록으로 한중 자매결연 체결 현황 등을 실었다.9500원. ●전쟁에 반대한다(하워드 진 지음,유강은 옮김,이후 펴냄) 노암 촘스키와 함께 실천적 지식인의 표상으로 불리는 하워드 진의 반전 메시지.2차 세계대전부터 리비아,베트남,코소보와 유고슬라비아,그리고 이라크전까지 미국이 개입한 전쟁들을 성찰하면서 새 세기의 평화를 위해 우리가 무엇을 할 수 있는지 살핀다.제2차 세계대전,이른바 파시즘에 맞선 ‘좋은 전쟁’에 폭격수로 몸소 참전한 저자의 체험과 성찰이 바탕에 깔렸다.1만 3000원. ●실크로드 여행(이지상 지음,북하우스 펴냄) “사막에는 악령의 소리가 들린다.그 소리에 홀려 길을 잃고 죽어간다.” 마르코폴로는 실크로드를 이렇게 얘기했다.저자는 자신을 매질하며 이 험한 길을 건넜을 사람들을 떠올리며 수천년의 시간 속으로 여행을 떠난다.그 옛날 황금알을 낳던 대상길을 차지하기 위해 벌인 전쟁,사막 한가운데 오아시스를 두고 벌어진 민족간의 살아남기 위한 싸움,세계 정복길에 오른 알렉산더대왕의 흔적 등을 더듬는다.1만 3800원. ●우주,또 하나의 컴퓨터(톰 지그프리트 지음,고중숙 옮김,김영사 펴냄) 국내 첫 정보물리학 입문서.우주의 본질을 해독하는 열쇠를 ‘정보’에서 찾는 현대 물리학의 최신 흐름을 다룬다.양자컴퓨터에서 M이론까지 과학의 최전선에서 논의되고 있는 이론들을 소개.1만 5900원. ●초라한 밥상(마쿠우치 히데오 지음,김욱송 옮김,참솔 펴냄) 에스키모인의 주식은 바다표범과 백곰 고기,생선류이며 곡류나 감자는 물론 야채,과일도 거의 먹지 않는다.사막에서 생활하는 유목민들은 치즈 등의 유제품이 주식으로,야채는 거의 먹지 않는다.이런 독특한 음식문화는 각 민족이 나고 자란 풍토에 대한 적응의 결과다.이처럼 모든 민족에겐 각자 맞는 음식이 따로 있으니,초라한 밥상이라도 ‘보약’이 될 수 있다는 것이다.8900원. ●티베트 역사산책(김규현 지음,정신세계사 펴냄) 티베트대학에서 수인목판화와 탕카를 연구한 저자가쓴 티베트학(Tibetology) 안내서.티베트 창세기부터 중국의 티베트 침략에 따른 달라이 라마의 망명까지 티베트의 역사를 역사가의 눈과 시인의 숨결로 그렸다.뵈릭민족의 아득한 신화,토착신앙인 뵌포교와의 오랜 갈등 끝에 겨우 정착한 티베트 불교,천년에 걸친 토번왕조의 웅대함 등이 살아있는 티베트 역사의 숨결을 느끼게 한다.1만 8000원. ●열려라! 꽃나라(차윤정 지음,지성사 펴냄) 어린이를 위한 식물학 개론서.계통발생학적인 순서를 따라 꽃 이야기를 펼쳐가며 진화의 필연성을 강조한다.소나무나 은행나무처럼 인류보다 더 오랜 세월을 살아온 나무들의 꽃,꽃잎이 낱장으로 갈라진 갈래꽃,꽃잎이 통으로 돼 있는 통꽃,난초처럼 꽃잎이 제각각인 꽃,벼와 같이 이삭을 이루는 꽃 등 갖가지 꽃이 등장한다.9800원. ●성공하는 기업의 컬러마케팅(권영걸·김영인 엮음,국제 펴냄) 색(色)은 21세기 ‘감성의 시대’ 최고의 고부가가치 소프트 웨어다.비용·편익의 관점에서 더없이 효과적인 마케팅 수단이다.이 책은 미래사회의 기호와 상징을 창조하고자 하는이들에게 색채를 통해 고품질·고감성 시장에 다가설 것을 권한다.1만 6000원.

한국과 미국 공동 연구팀이 고체를 이용해 빛을 정지시켰다가 재생하는데 처음으로 성공했다.이로써 ‘꿈의 컴퓨터’로 불리는 양자컴퓨터 실현에 한발 다가설 수 있는 토대가 마련됐다. 한국전자통신연구원(ETRI) 함병승(咸炳承) 박사와 美 공군연구소 필립 헤머 박사팀은 세계적인 물리학 권위지‘피지컬 리뷰 레터스’ 최근호에서 ‘Pr:YSO’라는 물질의 결정체에 두 개의 레이저 빔을 쏘는 실험으로 빛을 정지,재생하는데 성공했다고 밝혔다. 하버드대학 연구팀이 금속기체를 이용해 빛을 정지-재생시키는데 성공한 적은 있으나 고체를 이용한 실험에서는이번이 처음이다. 함박사팀이 고체를 이용해 빛을 정지,재생하는데 성공함으로써 양자컴퓨터(Quantum Computer) 실현에 최대 걸림돌이 돼온 ‘고밀도 양자논리소자’ 구현 문제를 해결할 수있는 토대를 마련한 것으로 물리학계는 평가하고 있다. 양자컴퓨터는 양자역학 원리에 따라 0과 1 사이의 여러가지 값을 동시에 가질 수 있고 많은 연산을 동시에 처리할수 있는 양자 논리소자로 작동하기 때문에 기존 디지털 컴퓨터와 비교할 수 없을 정도로 획기적인 기능이 가능하다. 두 개의 레이저빔을 사용해 빛의 속도를 늦추고,최종적으로 빛을 고체 결정체에 가두었다가 일정 시간 뒤 다른 레이저를 사용해 빛을 재생하는 메커니즘을 이용하면 양자컴퓨터 작동의 기본단위가 되는 양자논리소자를 만드는 것이 가능하다는 것을 뜻한다. 영국의 과학저널 네이처는 인터넷 사이트에서 이 연구를기사로 다루면서 “이 연구는 진공관 시대에 고체 다이오드와 트랜지스터가 전자공학을 획기적으로 발전시킨 것처럼 미래의 양자정보기술(QT) 발전에 크게 기여할 것”이라며 높이 평가했다. 함혜리기자 lotus@

2020년 어느 날 아침,달에 있는 허니문호텔에서 달콤한 첫날밤을 보낸 성호씨와 소연씨는 지구의 친정 부모님께 신혼 첫인사를 올렸다.레이저 홀로그래피를 이용한 입체TV는 영상과 음성을 실시간으로 전달,마치 친정의 안방에있는 것처럼 생생하게 인사를 할 수 있다.소연씨의 어머니는 딸의 눈에 행복감이 가득한 것을 보고 마음이 흐믓하기만 하다.이들 부부는 어제 지구에서결혼식을 올리고 일주일 코스로 화성까지 다녀오는 ‘스페이스 허니문’을즐기고 있는 중이다.이들이 탔던 우주선은 레이저 플라즈마 로켓으로 추진되기 때문에 지구에서 달까지 한나절에 갈 수 있다.금속표면에 강력한 레이저를 모아 플라즈마가 분출될 때 생기는 반발력을 이용하기 때문에 강한 추진력을 얻을 수 있고,많은 양의 연료를 싣고 갈 필요도 없다. 성호씨는 지구에 있는 자신의 ‘레이저 식물공장’의 중앙제어 컴퓨터에 접속했다.신혼여행을 떠나기 전에 열흘치 생장프로그램을 입력시켜 놓았다.식물공장 지하에서는 재배실별로 벼,토마토와 오이,그리고 백합,장미 등이 반도체 레이저의 빛을 받으며 자라고 있다.드넓은 공장 안의 온도와 습도는 모두 컴퓨터로 자동 제어된다.자연공간에서 자라는 것보다 성장이 5배 이상 빠르고,병충해가 침입할 수 없도록 환경을 완벽하게 제어하기 때문에 무공해재배가 가능하다.반도체 레이저의 파장을 식물의 엽록소 흡수 스펙트럼에 일치시켜 광합성 효율을 최대로 하기 때문에 낭비되는 전기가 없다.식물이 자랄 때와 열매를 맺을 때 등 성장 단계에 따라 최적의 광량과 파장이 자동으로 조절된다. 광기술이 고도로 발달한 2020년대의 생활상이다. 20세기의 기술문명이 전자공학에 의해 꽃이 피었다면 21세기의 기술혁명은‘광기술’에 의해 주도될 것이다.이러한 시대조류는 ‘21세기는 광자(光子)의 시대’라는 말로 대변되고 있으며,현재 이미 그 징후들이 도처에서 나타나고 있다. 그 중 가장 대표적인 것이 광통신 기술이다.인터넷 사용인구가 폭발적으로증가하고 있고 전달되는 정보가 더욱 대용량화되고 있기 때문에,기존의 통신기술은 속도와 용량 면에서 곧 한계에 다다를 것이란 예측이다.광기술은 현재로서 이러한 문제를 해결할 수 있는 유일한 기술로 인식되고 있다. 광기술의 발달로 2010년에는 현재 1,000배 이상의 용량을 갖는 광메모리칩도 실용화되고 지금보다 십만 배 이상 빠른 광인터넷이 우리들의 가정,사무실,공공기관 등을 연결해 줄 것이다.유명 관광지를 집에 앉아서 실시간 입체영상으로 관람하거나 전세계 도서관에 있는 방대한 양의 자료를 언제 어디서나 쉽게 찾아볼 수 있다.또한,2020년경에는 현재의 수퍼컴퓨터로는 수십억년이 걸릴 계산을 불과 수 분내에 처리할 수 있는 광컴퓨터(양자컴퓨터)가 실현되어,손목에 차고 다닐 수 있는 초소형 휴대PC나 인간에 버금가는 지능을가진 로봇을 개발하는 데 기여하게 될 것이다.현재의 컴퓨터 계산방식에서는0과 1의 이진법을 사용하지만,빛을 이용하는 양자계산에서는 0과 1 사이의수많은 상태를 이용하므로 처리속도가 상상을 초월할 정도로 빨라지는 것이다. 에너지 분야에서는,레이저 핵융합기술이 실용화되어 바다나 우주에 무궁무진하게 존재하는 수소원료에서 무공해 에너지를얻을 수 있게 된다.‘인공태양’이 지구상에 만들어지는 것이다. 값싸고 풍부한 무공해 전기를 얻을 수 있기 때문에 사막에다 담수화된 바닷물을 끌어들여 옥토를 만듦으로써 풍요로운 녹색 지구를 만들 수도 있게 될것이다.고비사막이 녹화되면 매년 3,4월에 발생하는 우리 나라의 골치 아픈황사현상도 없어질 것이다.이와 함께 정지궤도에 설치된 우주 발전소에서 만든 전기를 레이저빔으로 바꾸어 우주기지나 지구상에 전송하는 기술도 실용화될 것으로 예상된다. 지금도 의료분야에서 폭넓게 이용되고 있는 의학용 레이저의 경우 21세기에장치가 소형화되고 값도 저렴해져 각종 진단과 치료에 일상적으로 이용될 것이며,새로운 진단 및 치료기기가 등장할 것이다.예를 들어,레이저를 이용한광 단층촬영(CT) 기술이 실용화되어,기존의 X선 CT나 자기공명영상장치(MRI)로는 불가능한 초미세 진단이 가능해져 질병을 조기에 발견해 치료할 수 있게 될 것이다. 특히, 레이저의 파장을 다양하게 변화시켜 질병부위의 화학적성분을 알아낼 수 있기 때문에 단순하게 영상을 얻는 것보다 한 단계 높은차원의 진단이 가능해 진다. 적외선 레이저는 X-선에 비해 인체에 해롭지 않기 때문에 필요하면 언제라도 신체내부의 레이저 영상을 얻어 치료과정을 단계적으로 살펴볼 수 있는이점이 있다.생의학 분야에서는 X-선 레이저 홀로그래피가 조만간 실용화될것이다.이 기술은 생체세포를 살아있는 상태에서 수만 배 확대된 입체영상으로 보여주기 때문에 세포 신진대사나 바이러스의 침투,약물에 대한 세포의반응 등을 실시간으로 연구할 수 있게 된다.기존의 고주파 가속기술을 대체하는 레이저가속기술이 실용화되면 현재 길이가 수십 km에 이르는 입자가속기가 수 미터 크기로 소형화될 것이다. 한편,21세기에는 중·장거리 전략 미사일을 수백km 밖에서 파괴시킬 수 있는 고출력 레이저 광선 무기가 개발될 것으로 전망된다.생화학 무기나 핵무기를 실은 미사일을 발사하여 전쟁을 일으키려는 나라는,먼저 이 미사일이공격목표에 도착하기도 전에 상대국의 레이저 무기에 의해 요격되어 자기 나라 상공에서 폭발할 것을 걱정해야 한다.광기술이 여는 21세기의 기술혁명은 이제 막 시작되고 있으며,그 변혁의 속도는 지난 세기의 그것과는 비교가 되지 않을 정도로 빠르다.이러한 변혁을잘 제어해 인류는 20세기보다 훨씬 풍요로운 삶을 누릴 것으로 확신한다. ■필자 약력/ 李 鍾 旼. ▲57세 ▲서울대 문리과대학 물리학과 이학석사 ▲고려대 이학박사 ▲국방과학연구소 전자광학부 실장 ▲한국원자력연구소 기초연구부 부장 ▲한국광학회 회장 ▲한국원자력연구소 미래 원자력 기술개발단 단장(jmlee@kaeri.re.kr). *레이저 응용 光기술. ‘인공 광원’인 레이저를 응용한 광(光)기술이 고도 정보사회의 핵심기술로 각광받고 있다. 미 휴즈항공사의 물리학자 메어먼박사가 여러개의 섬광판으로 루비를 자극시켜 루비레이저를 발현시키는 데 성공한 것이 1960년 7월.태양빛,즉 자연광을 제어하는 수준에 국한됐던 광기술은 레이저의 발명 이후 완전히 새롭게탈바꿈했다.최근에는 광학과 전자,기계 분야의 융합으로 레이저 응용분야는더욱 확대되고 있는 추세다. 레이저(LASER)란 ‘유도방출에 의한 빛의 증폭 또는 그 현상’을 일컫는다. 레이저용 매질(媒質)에 외부에서 계속 자극을 주면 매질은 불안전한 상태가된다.매질이 안정된 상태로 돌아오면서 에너지의 일종인 광자(光子·빛)를내뿜는 현상이 레이저다. 레이저가 내뿜는 빛은 우리가 눈으로 감지할 수 있는 가시광선을 포함해 마이크로파,적외선,자외선,X-선 등 모든 전자기파를 포함한다.고체(유리,루비,티타늄사파이어),액체,기체(헬륨네온,아르곤이온,이산화탄소,엑시머),반도체(갈륨비소,인듄갈륨비소),자기장 등 매질에 따라 수천종류의 레이저광이 확인되고 있다. 레이저는 일반적인 빛과 달리 직진성,단색성,간섭성,집속성,고출력 에너지방출 등을 특징으로 한다. 이같은 특성 중 직진성과 집속성,고출력 에너지를 응용한 것이 군사용 및의학용 레이저다.정보 입력(스캐너)에서부터 광통신(광섬유,광교환기),데이터저장(CD나 DVD),출력(레이저프린터,영상표시장치) 등 레이저는 우리 생활전반에 이미 깊숙히 자리잡고 있다. 광자가 갖는 강력한 에너지를 이용해 정밀절단을 하거나 구멍을뚫는 레이저 가공기의 개발도 활발하다.화학산업에서는 빛을 유기체와 결합시킴으로써새로운 성질을 갖는 소재를 개발할 수 있게 됐다. 최근에는 차세대레이저로 불리는 자유전자레이저에 대한 연구가 매우 활발하다. 자유전자레이저란 전하(電荷)를 띤 빔을 자기장에 쏘았을 때 생성되는 레이저.기존의 레이저가 파장이 매우 제한적인데 반해 자유전자레이저는 광범위한 영역의 파장을 모두 낼 수 있기 때문에 응용분야 또한 무궁무진해 ‘꿈의레이저’로 떠오르고 있다. 다양한 파장의 빛은 DNA나 단백질 등 분자단위의 미세한 대상의 구조를 분석하고 조작하는 것부터 탄도탄을 쏘아 맞추는 군사용까지 막강한 파워를 구사 할 수 있다. 국내에서는 최근 원자력연구소 이종민박사팀이 소형가속기(마이크로트론)를이용한 원적외선 영역의 자유전자레이저 개발에 성공했다. 미 항공우주국(NASA)은 자유전자레이저를 지구상 4만∼5만㎞에 떠있는 인공위성에 쏘아 위성을 반영구적으로 가동할 수 있는 에너지원을 제공하는 프로젝트를 추진 중이다. 함혜리기자 lotus@