태양에서 양자까지

서론 

태양빛은 양자(광자)로서 지구까지 달려옵니다. 그 길 속에 양자(Quantum)의 흐름이 있습니다.

태양과 양자는 시작과 끝입니다.

이들을 축약하니 글이 너무 어려워 졌습니다. 쉽게 풀어쓰려면 자연히 길어 집니다. 

총론에 가필과 정정을 하여 아래와 같이 5꼭지를 강의 형식으로 보내드립니다.

제 1강 태양에서 양자까지

제 2강 반도체
제 3강 디지털 논리회로
제 4강 AI 와 심층강화학습
제 5강 양자 컴퓨터로 

제 1강 태양과 양자 터널링

제 1강 태양에서 양자까지

우주에서 인간의 두뇌가 발견한 물질의 원소는 118가지 입니다. 

그 중 92가지는 천연 물질이고, 나머지 26가지는 합성 물질 입니다. 

철(Fe, 원자번호 26)보다 가벼운 수소(H, 원자번호 1) 등은 핵융합을 하여 철에 이르면 멈춥니다. 또한 철보다 무거운 우라늄(U, 원자번호 92) 등은 철과 같은 안정된 상태에 이르기 위하여 핵분열을 합니다.  

우라늄의 질량이 반으로 줄어드는 반감기는 44.68억년 입니다. 그야 말로 아주 서서히 줄어드는 것입니다. 이 반감기를 인공적으로 줄여서 핵폭발을 일으킨 것이 원자폭탄입니다. 또한 인공적으로 핵융합을 한 것이 수소 폭탄 입니다. 수소 폭탄을 위하여서는 초 고열이 필요하고, 지구 상의 연료로는 불가능 하기에 원자폭탄의 열을 이용하여 수소 폭탄을 만듭니다.

지금도 태양 속에서는 수소폭탄과 같은 핵융합이 지속적으로 일어납니다. 
태양의 중심 온도는 약 1,500 백만 도이고, 압력은 대기압의 2,500억 배 입니다. 

이런 고온과 고 압력이 양자터널링과 만나서 핵융합 반응을 일으킵니다. 

수소 원자 4개가 융합하여 헬륨 원자 1개를 생성하는 과정에서 수소의 사라진 질량이 *질량 에너지 등가 원리*에 의하여 엄청난 양의 에너지로 변환되어 광자(빛)를 우주 공간으로 방출 하는 것입니다. 이 광자의 우주 복사(輻射)가 바로 태양빛과 태양열 입니다.

광자(Photon)는 1억 4,960만 km 거리를 양자 터널링(Tunneling)으로 달려서 약 8분 20초 만에 지구에 도달합니다. 우주 공간은 매질이 없는 텅 빈 공간이라서 광자가 뚫고 나갈 수가 없습니다. 그러나 양자 터널링이라는 양자의 성질은, 광자가 차가운 우주 진공 공간을 통과하게 만듭니다. 이미 인류는 우리가 모르는 가운데 지구 생성기부터 양자역학의 혜택을 받으며 살아온 것입니다. 양자 터널링 이란 양자가 매질이 없는 진공 등 장벽을 통과하는 특이한 능력으로서, 뒤에서 양자 컴퓨터를 설명할 때 자세히 다룹니다.

왜 초장부터 어려운 태양을 설명하나요?

태양은 태양빛과 태양열로서 인류의 시각을 작동시켜 우리가 자연의 존재를 지각하게 만들고, 또한 대기를 데워서 기온을 만들어 얼어 죽지 않고 살아가게 만듭니다. 

그러나 가장 중요한 것은 광합성으로 우리 인체의 활동 에너지를 만드는 것입니다. 지구의 식물잎 엽록소는 광자와 H2O and Co2를 광합성(탄소동화작용)하여 탄수화물(단탄당)을 생성해 냅니다. 우리가 곡식에서 섭취하는 녹말(다탄당)이 바로 우리 신체의 두뇌와 신체 활동의 에너지 입니다.

인체의 세포 속 미토콘드리아(Mitochondria)에서 탄수화물을 분해하여 ATP(아데노삼인산, Adeno Tri-Phosphate)를 생성하며, 이 ATP가 바로 인류의 생명, 의지, 마음, 생각, 기억, 언어, 학습, 행동의 에너지원 입니다. 

우리 인류는 태양의 이러한 고마움을 잊어서는 안 되기 때문에, 초장부터 태양을 길게 설명하는 것입니다. 빛으로 밝음, 따뜻함과 활동 에너지를 주는 태양의 고마움을 차제에, 마음에 새기면서 본 강의를 진행합니다.

태양에너지의 흐름 속에서, 처음 시작 태양부터 마지막 단계 양자를 가능한 한(限) 쉽게 다룹니다.

각설하고, 2026년 벽두의 시대적 흐름은 인간 지능의 대리인 AI Agent 개발 경쟁으로 AI 세계대전을 벌리고 있습니다. 이 전쟁은 우크라이나와 러시아 간에 미사일과 드론(Drone)으로 폭탄을 쏘아대는 것과 같은 물리적 전쟁이 아닙니다. 
바로 지능을 이용한 지능 전쟁(Intelligence War)입니다. 

세계는 AI Agent 개발에 주력하고 있습니다. 우리 뇌 지능의 대리인(Agent)들이 일을 하게 만듭니다. 대표적인 것이 ChatGPT, Gemini, Clova-X 등의 LLM(대형언어모델) 입니다. 질문을 하면 답변을 척척 해냅니다. 수십억~수조 개의 문장을 학습하여 실력이 인간의 기억력을 훨씬 능가합니다.

이런 기술을 Attention & Transformer 이라고 합니다. 이 기술은 언어의 문장 내 상호 관계(주어, 술어, 수식어 등)를 확률로 파악(학습)하여 기억하고, 가장 가까운 확률의 것을 불러내서 질문의 답변 문장을 생성해 냅니다. 인간의 기억은 수천 억에서 수 조에 이르는 단어를 절대로 기억하지 못합니다.

LLM 이외에 그림, 음성, 동영상을 복합적으로 처리하는 다양한 멀티모달 에이전트 (Multi-modal Agent)도 있습니다.

그러나 AI Agent는 학습하지 못한 최근의 상태에 관한 질문을 하면 거짓말(환각,Hallucination)을 합니다. 이를 해결하는 RAG (Retrieval Augmented Generation)라는 이름의 *검색 증강 생성* 기술이 학습하지 못한 최근 정보를 입력하여 이를 보강하고 있습니다.

휴머노이드(Humanoid) 로봇, 자율 주행차, 드론, 산업용 로봇 등으로 구성된 Physical AI도 있고, AI 스스로 기획하고 생각하는 Agentic AI 기술 개발 전쟁도 있습니다.

이처럼 AI 기술은 날로 달로 발전에 발전을 거듭하고 있습니다. 미국과 중국의 AI 전쟁이 화염이 없는 불꽃을 피워 댑니다. 우리나라는 안보이는데요.

다음은 제 2강 "반도체"로 이어집니다.