3. 왜 생명과학인가?
양자역학과 생명과학의 시대
서양의 르네상스로부터 과학이 혁명적으로 발전해 왔습니다. 유럽이 대항해 시대를 맞게 됨에 따라 향신료, 금, 은 등 귀중한 자원의 확보하며 새로운 무역로 개척으로 전 세계 부는 유럽으로 집중하게 됩니다. 해가지지 않는 제국으로 명성을 날렸던 영국은 전 세계 부의 4분의 1을 차지하며 세계를 지배했고 과학문명의 전성기를 이루게 됩니다. 이와 같이 영국의 패권을 가능하게 하고 서양이 세계 과학문명의 중심지가 되는 것이 가능하게 했던 인물이 바로 그 유명한 아이작 뉴튼(Isaac Newton, 1642-1727, 영국의 물리학자이자 수학자)입니다. 뉴튼은 현대 과학의 출발점이 될 수 있는 미적분학과 그의 뉴튼역학 물질의 운동에 관한 세 가지 기본법칙, 그리고 중력의 법칙으로 그는 현대과학의 창시자라고 말할 수 있습니다. 뉴튼 이후, 또 다른 고전역학의 범주에 속하는 전자기학이 등장하고 제임스 클러크 맥스웰(James Clerk Maxwell, 1831-1879 영국의 이론물리학자이자 수학자)이 전기와 자기의 현상을 통합하는 이론인 전자기장이론을 완성하여 양자역학이 나오기 전까지 뉴튼의 고전역학과 함께 모든 자연현상을 완벽히 설명할 수 있게 되었다고 믿게 되었습니다.
증기기관과 1차 산업혁명
이러한 기초과학을 바탕으로 열에너지를 기계에너지/ 전기에너지 또는 수력과 같은 중력에너지를 전기에너지로 전환하는 연구가 활발히 전개되었고 제임스와트(James Watt, 1736-1819 영국의 발명가이자 기계공학자)의 대폭개선된 증기기관의 발명으로 섬유산업과 철광산업을 중심으로 산업 생산성이 혁신적으로 증가하였습니다. 또한 증기기관차나 증기선의 발달로 교통업과 해운업을 혁신적으로 발달시켜 국제무역을 활성화하는 것을 가능하게 해 주었고 18세기 후반부터 19세기 초반까지 영국에서 1차 산업혁명이 일어나게 하는 핵심 요인이 되었습니다.
증기기관의 발명과 발전은 뉴턴 역학과 열역학의 원리를 실용적으로 적용한 결과입니다. 뉴턴 역학은 증기기관의 움직임과 힘을 분석하고 이해하는 데 도움을 주었으며, 열역학은 증기기관의 에너지 변환 과정을 설명하고 최적화하는 데 중요한 역할을 했습니다. 이러한 과학적 원리들이 증기기관의 발명을 가져왔고, 영국에서 1차 산업혁명을 가능하게 한 기반을 제공하였습니다. 그러니까 1차 산업혁명은 뉴튼의 역학이 산업에 적용되어 탄생한 결과라고 이야기할 수 있습니다.
전기동력과 2차 산업혁명
2차 산업혁명(19세기 후반 ~ 20세기 초반)은 기술 혁신과 대량생산 시스템으로 산업 생산의 비약적 발전이 이루어진 시기입니다. 2차 산업혁명을 가능하게 한 핵심 기술은 바로 전자기학에서 비롯되었다고 할 수 있습니다. 전기의 상업적 이용은 발전기와 전동기의 발달로 가능해졌습니다. 마이클 패러데이(Michael Faraday, 1791-1867 영국의 물리학자)의 전자기 유도 법칙과 제임스 클럭 맥스웰의 전자기 이론은 전기 모터와 발전기의 개발을 이끌었습니다. 열을 이용한 증기터빈 대신에 효율적이고 청정한 전기를 이용한 동력을 사용함으로써 생산능력을 극대화할 수 있었습니다.
니콜라 테슬라(Nikola Tesla, 1856-1943, 오스트리아 제국 출신으로 미국의 물리학자)와 조지 웨스팅하우스(George Westinghouse Jr., 1846-1914, 미국의 발명가)는 교류 송전 방식과 전기 모터를 개발하여 장거리 전력 전송이 가능하게 했으며, 이는 산업 전반에 큰 영향을 미쳤습니다. 전기 동력의 도입은 산업 생산성을 크게 향상했고, 보다 안전하고 효율적인 작업 환경을 제공했습니다. 이는 2차 산업혁명의 중요한 요소로, 현대 산업 사회의 기초를 마련하는 데 기여했습니다. 이러한 발전은 전기 기술의 빠른 확산과 함께 다양한 산업 분야에서 전기 모터와 전기 기계의 사용을 촉진시켰습니다. 2차 산업혁명은 전자기학이 산업에 응용된 결과입니다.
디지털 혁명과 3차 산업혁명
20 세기 후반 대략 1970년대 이후로 시작되는 3차 산업혁명은, 흔히 디지털 혁명으로 불리는데, 이는 정보 통신 기술의 급격한 발전을 중심으로 이루어졌습니다. 이 혁명의 핵심이 되는 분야들은 컴퓨터 과학, 반도체, 통신공학, 나노 기술과 신소재등인데 이들 분야는 전자기학 발전의 연장선이라고 할 수 있습니다. 3차 산업혁명은 이러한 기초과학분야들의 발전과 융합을 통해 정보화 사회로의 전환을 가능하게 했습니다. 이는 디지털 경제, 스마트 기술, 빅 데이터, 인공지능 등의 발전을 촉진하여 현대 사회의 근간을 형성하고 있습니다. 3차 산업혁명은 전자기학을 기반으로 하는 컴퓨터의 발달과 통신기술이 산업에 응용된 결과입니다.
4차 산업혁명은 양자역학이 산업에 적용되는 시기
지금까지 둘러본 1차 산업혁명에서 3차 산업혁명까지의 시대는 고전역학 즉 뉴튼역학과 전자기학을 기반으로 해서 산업을 일으켰던 시대입니다. 하지만 앞으로 전개되는 4차 산업혁명의 시대는 양자역학이 산업에 적용되는 시기입니다. 양자역학을 바탕으로 하는 양자컴퓨팅과 양자통신의 발달로 생명현상과 같은 복잡계를 연구할 수 있게 되고 첨단 생물학이 주도하여 산업을 이끄는 시대가 될 것입니다. 그러면 어떻게 생물학의 시대가 전개되는지 알아보겠습니다.
현대생물학을 논하려면 우선 DNA로부터 말을 시작해야 합니다. DNA의 발견은 DNA 발견 이전시대와 DNA 발견 이후의 시대로 나눌 만큼 역사적인 사건이었습니다. 마치 뉴튼 이전과 이후의 시대가 구분되듯이 말입니다. 그런데 DNA의 발견이 과학사에서 역사적인 사건인 만큼 인류사적으로도 엄청난 영향을 미친 사건이 있었습니다.
DNA의 발견: 여성의 시대를 여는 역사적 사건
로잘린드 프랭클린 공을 훔친 크릭, 왓슨, 윌킨스
현대 생물학의 출발점이 된 DNA 구조를 밝히다. (Chat-GPT로 제작)"희대의 사기극"
이미지 출처: startuptown.wordpress.comDNA의 발견은 물리학이 주도하던 과학의 패러다임을 생물학으로 혁신적으로 전환시킨 역사적인 사건입니다. 뉴턴이 현대 물리학의 기초를 마련한 것처럼, 로잘린드 프랭클린은 현대 생물학의 출발점에서 중요한 역할을 한 인물로 평가받아야 마땅합니다.
DNA의 발견은 단순한 과학적 성취를 넘어서, 당시의 남성 중심 사회의 어두운 면을 드러내며 여성들이 새로운 시대의 역사적 발견을 통해 사회의 중심으로 부상하는 전환점을 마련했습니다. 이는 여성들이 주도하는 사회로의 역사적 변화를 상징적으로 보여주는 사건입니다.
로잘린드 프랭클린(1920-1958)은 영국의 물리화학자이자 X선 결정학의 권위자로, DNA 구조 발견에 결정적인 기여를 했습니다. 케임브리지 대학에서 물리화학을 전공한 후, 프랑스에서 X선 결정학을 연구하며 탄소와 석탄의 미세구조를 분석했습니다. 영국으로 돌아온 프랭클린은 1951년 킹스 칼리지에서 DNA의 X선 회절 사진을 촬영하여, 그 역사적으로 유명한 DNA X선 회절 사진인 Photo 51의 실험 결과를 얻었습니다.
이제 DNA를 둘러싼 역사적 사기극의 전모를 자세히 살펴보겠습니다.
DNA를 둘러싼 희대의 사기극 전모
DNA 구조의 발견은 과학 역사상 가장 중요한 성과 중 하나로 여겨지지만, 그 이면에는 심각한 부정의가 숨어 있습니다. 프랭클린은 "Photo 51"을 통해 DNA의 이중 나선 구조를 실험으로 명확히 밝혀냈지만, 이 중요한 자료는 그녀의 동의 없이 그녀의 동료 연구자인 모리스 윌킨스에 의해 제임스 왓슨과 프랜시스 크릭에게 전달되었습니다. 왓슨과 크릭은 Photo 51을 바탕으로 이론적으로 DNA 구조를 밝혀냈고 이들은 프랭클린의 기여를 인정하지 않은 채 1953년에 DNA 구조에 대한 논문을 발표했습니다. 이로 인해 왓슨, 크릭, 윌킨스는 1962년에 노벨 생리의학상을 수상했지만, 프랭클린은 그 공로를 인정받지 못했습니다. 그리고 프랭클린은 안타깝게 도 1958년 37세의 젊은 나이에 난소암으로 사망하게 됩니다. 그리고 어떤 이유인지 모르지만 1974년에는 죽은 사람에게는 노벨상을 수여하지 않는다는 규정이 생깁니다.
도덕적으로 최악인 사건은 프랭클린의 동의 없이 몰래 그녀의 연구 결과물을 왓슨과 크릭에게 전달한 모리스 윌킨스에게 노벨상을 수여한 것입니다.
이 참담한 사건은 과학계에서 여성이 어떻게 평가받았는지를 보여주며, 남성 중심의 사회 구조 속에서 여성의 기여가 어떻게 배제되었는지를 여실히 보여줍니다. 프랭클린의 업적은 그 후로도 오랫동안 제대로 평가되지 않았지만, 오늘날 그녀는 현대 생물학의 발전에 결정적인 기여를 한 인물로 재조명되고 있습니다. 이 사건은 과학적 성취와 더불어 사회적 정의와 공정성에 대한 중요한 논의를 불러일으키고 있습니다.
프랭클린의 DNA 발견에 대한 공로는 남성중심의 사회에서 여성중심의 사회로 변모하는 역사적인 사건으로 기록될 것입니다. 또한 프랭클린에게 명예 노벨상을 주거나 아니면 기존의 서구와 남성중심의 전유물인 노벨상은 폐지하고 공정한 평가로 인류 문명에 공헌한 사람을 위해 수여하는 새로운 상을 제정해서 로잘린드 프랭클린에게 그 첫 번째 상을 수여하는 것도 좋은 방법일 것입니다.
프랭클린은 DNA의 발견을 통해 현대 분자생물학과 유전학의 기초를 마련했으며, 여성 과학자의 공헌을 상징하는 인물로 재평가되고 있습니다. 후대에는 현대 생물학의 창시자로 불리는 시대가 올 것이라고 생각합니다.
로잘린드 프랭클린과 그녀의 "Photo 51" 로 잘알려진-DNA X-선 이미지당시 DNA 결정체를 만들고 X-선 구조를 밝히는 일은 매우 어려운 작업입니다. 우선, 순수한 DNA 샘플을 추출하여 고순도의 결정체로 만들어야 합니다. 이는 실험 환경의 오염과 화학적 변성을 방지해야 하는 복잡한 과정입니다. 현대에도 단백질 구조의 X-선 회절 사진을 찍기 위해 단백질 결정을 만들 때에도 무려 100여 개 이상의 조건을 주고 오랫동안 실험을 거쳐야 하나의 단백질 결정을 얻을 수 있습니다. 결정체가 형성되면, 이를 적절한 각도로 X-선 빔에 노출시켜 회절 패턴을 얻어야 합니다. 그리고 당시에 컴퓨터의 도움 없이 이 회절 패턴을 Fourier transformation으로 해석하여 3차원 구조를 재구성하는 일은 정밀한 계산과 고도의 수학적 모델링을 필요로 하는 오랜 시간과 기술, 고도의 전문지식을 요구하는 매우 어려운 일입니다.
로잘린드 프랭클린에 관한 보다 자세한 내용은 아래의 TED 강연을 참조하세요.
Rosalind Franklin: DNA's unsung hero - Cláudio L. Guerra (youtube.com)
DNA의 발견: 생명의 신비가 인간의 손에 들어오다
DNA의 발견은 단순히 과학적 성취를 넘어, 생명이라는 복잡하고 신비한 현상을 인간의 이해와 과학의 영역으로 끌어들인 사건으로, 우리가 생명에 대해 갖고 있던 개념을 근본적으로 바꾸어 놓았습니다. 생명의 신비가 더 이상 신의 영역에만 머무르지 않고, 인간의 손에 들어오면서 과학은 새로운 시대를 맞이하게 되었습니다.
이러한 과학의 발전은 사람들로 하여금 더 이상 구시대의 신비주의적인 종교로부터 멀어지게 하였고 보다 우주적인 관점에서 종교를 생각하는 사람들이 늘어나게 만들었습니다. 현대인들은 기존의 권위주의적인 종교에서보다도 생명이나 양자역학에서 더 신비로움을 느낍니다.
현대인들은 과학을 통해 신을 좀 더 잘 이해하게 되었고 오히려 과거보다 차원 높은 종교관을 갖게 된 것입니다.
DNA로 부터 단백질이 생성되는 과정을 이해하게 되었다. (이비지 출처: Image Search - Mavink.com)DNA 발견으로 단백질 생성 과정 및 생명현상의 이해
DNA의 발견으로 과학자들은 생명을 분자 수준에서 연구할 수 있게 되었습니다. DNA의 발견은 단백질 합성의 기초를 밝히는 데 중요한 역할을 했습니다. DNA는 유전 정보를 담고 있으며, 이 정보는 특정 단백질을 만드는 데 사용됩니다. DNA의 특정 부분인 유전자에는 단백질을 구성하는 아미노산의 서열 정보가 담겨 있습니다. 이 유전 정보는 전사 과정(Transcription)을 통해 RNA로 복사되고, RNA는 번역 과정(Translation)을 통해 리보솜에서 단백질로 합성됩니다.
DNA가 유전물질이라는 사실이 밝혀지면서, 생명현상의 많은 부분이 설명될 수 있게 되었습니다. 유전자는 생명체의 모든 특성을 결정하는 기본 단위로, DNA의 복제 및 유전 정보 전달을 통해 세포 분열, 성장, 발달 등의 과정이 이루어집니다. 이를 통해 질병의 원인을 이해하고, 유전 질환의 치료 가능성이 열리게 되었습니다.
DNA의 발견은 생명현상의 근본적인 이해를 가능하게 하였으며, 생물학, 의학, 생명공학 등의 분야에서 혁신적인 발전을 이끌어냈습니다.
유전자 선택은 어머니가 한다.
DNA의 발견으로 생명현상을 이해하기 시작함으로써 과학자들은 어머니의 유전자가 더 중요하다는 것을 알았습니다. 그리고 혈통은 어머니의 유전자를 따라간다는 것입니다. 아버지의 유전자는 보완적일 뿐이지요.
우리는 조선시대 내내 가부장적이고 남성중심의 사회가 옳은 줄만 알고 살았습니다. 하지만 실제로 유전자를 들여다보니까, 중요한 기본적인 유전자는 어머니의 유전자를 사용한 다는 것을 알았습니다. 그중에서도 수많은 세대가 지나도 변치 않는 유전자가 있으니, 그것은 바로 세포 내에서 에너지를 생산하는 미토콘드리아 유전자입니다. 미토콘드리아의 유전자는 반드시 어머니 쪽의 유전자 만을 사용합니다. 그래서 가계의 혈통을 연구할 때 표준으로 사용되는 유전자입니다.
그리고 유대인들의 경우 어머니의 혈통에 따라 유대인지 아닌지가 결정됩니다. 즉 어머니가 유대인이면 자손들은 아버지와 상관없이 유대인입니다. 하지만 아버지만 유대인인 경우는 자손들은 유대인으로 인정받지 못합니다. 그러니까 유대인들은 과학적으로 이것이 증명되기 이전에도 모계혈통을 따랐던 것입니다.
요녕성 홍산문화 우하량유적지에서 발견된 홍산여신(좌)과 다소곳이 앉아 경전을 외우는 남성상(우)우리나라의 고려시대 역시 모계혈통을 중요시했습니다. 조선시대에는 결혼을 하면 여성이 시집간다고 했고 고려시대에는 결혼을 하면 남성이 장가간다라고 하였습니다. 이와 같이 결혼에 대한 표현을 보아도 우리나라는 고려시대까지만 해도 모계혈통을 중요시하는 시대였음을 알 수 있습니다.
이외에도 요녕성 홍산문화(기원전 4700년 ~ 기원전 2900년) 우하량 유적지에서 출토된 점토 조각상을 보면 홍산 여신이 명상자세를 취하고 앉아있고 그 앞에 두 손을 공손히 모으고 쪼그려 앉아 경전을 외우는 듯한 남성의 모습에서 고대에는 모계의 혈통을 중시하는 모계사회였음을 알 수 있습니다.
전 세계적으로 과거 2500년이 물질주의적이고 권위주의적인 남성위주의 사회였다면 앞으로의 사회는 정신주의적이고 자율적인 여성위주의 사회가 될 것입니다. 이러한 변화는 DNA발견을 통해 얻은 생명과학의 지식이 인류의 행동과 철학을 바꾸는 사례로 기록될 것입니다. 위대한 과학적 발견은 항상 당시의 철학과 사상에 영향을 줍니다.
IBM의 양자 컴퓨터(https://th.bing.com/th/id/OIP.vftsYH8Ly-nJLkF17LgcigAAAA?rs=1&pid=ImgDetMain)양자컴퓨팅: 생명현상의 복잡성을 풀어내는 새로운 열쇠
4차 산업혁명 시대에 접어들면서, 양자역학의 원리가 양자 컴퓨팅 기술로 발전하고 있습니다. 양자 컴퓨팅은 기존 컴퓨터의 계산 한계를 뛰어넘어 복잡계 문제를 해결할 수 있는 강력한 도구로 자리 잡고 있습니다. 이는 특히 생명현상과 같은 복잡한 문제를 다루는 데 아주 중요한 역할을 할 것입니다.
양자 컴퓨터는 기존의 컴퓨터로는 불가능한 속도로 암호화 알고리즘을 해독할 수 있습니다. 현재의 암호화 기술은 전통적인 컴퓨터의 연산 능력에 기반하여 설계되었으므로, 양자 컴퓨터의 등장으로 이들 기존의 암호화 시스템은 무용지물이 됩니다. 이에 따라 양자 암호화 기술이 도입되고 안전하고 신뢰할 수 있는 새로운 시스템이 도입될 것입니다. 양자 암호화는 양자역학의 원리를 이용하여 정보의 전송과 저장을 훨씬 더 안전하게 할 수 있습니다. 이 기술은 정보의 도청이나 변조를 물리적으로 불가능하게 만들며, 통신의 신뢰성과 보안을 크게 향상할 수 있습니다.
이와 같은 안전하고 신뢰할 수 있는 양자컴퓨터의 환경을 바탕으로 양자 컴퓨팅의 도입은 과학적 연구와 발견의 속도를 획기적으로 향상할 수 있습니다. 전통적인 슈퍼컴퓨터는 복잡계 문제를 해결하는 데 한계가 있으며, 대규모 데이터와 계산을 다루는 데에 제한이 있습니다. 양자 컴퓨터는 양자 비트(큐빗)를 사용하여 동시에 여러 상태를 처리할 수 있어, 복잡한 문제를 신속하고 정확하게 해결할 수 있습니다. 특히 다음과 같은 생명과학 분야에 획기적인 발전을 이룰 것입니다.
분자 모델링: 양자 컴퓨터는 분자의 구조와 상호작용을 정밀하게 시뮬레이션할 수 있습니다. 이는 신약 개발과 신소재 연구에서 매우 중요한 역할을 합니다. 기존의 컴퓨터로는 분자의 모든 전자 상호작용을 정확히 모델링하는 것이 어려웠으나, 양자 컴퓨터는 이를 가능하게 하여 새로운 물질의 설계와 발견을 가속화할 수 있습니다. 물론 기존의 컴퓨터를 사용하여 구글의 AI 프로그램인 알파폴드 (AlphaFold)가 단백질의 구조를 예측할 수는 있으나 약물이나 환경에 따라 변화하는 단백질 구조를 실시간으로 알아내는 것은 무리입니다.
맞춤형 정밀 약물 설계: 양자 컴퓨터의 강력한 계산 능력은 약물의 효능과 안전성을 분석하는 데 유용합니다. 양자 컴퓨팅을 통해 약물이 환자의 체내에서 어떻게 작용하는지를 시뮬레이션하고, 이를 통해 환자에 최적화된 치료제를 설계할 수 있습니다. 이는 맞춤형 정밀의학의 발전에 기여하여, 개인의 유전적 특성에 맞춘 맞춤형 치료가 가능해질 것입니다.
바이오 신소재 개발: 양자 컴퓨터는 새로운 생물 소재의 성질을 예측하고, 이를 기반으로 혁신적인 바이오 신소재를 개발하는 데 도움을 줄 수 있습니다. 이러한 바이오 신소재는 3-D 프린팅 기술과 더불어 인공장기등 다양한 산업 분야에서 응용될 수 있으며, 바이오산업의 다양한 분야에서 기술 발전과 경제적 이익을 가져올 것입니다.
수명 연장과 노화 연구: 양자 컴퓨팅은 노화 연구에서도 중요한 역할을 합니다. 복잡한 생물학적 과정을 정밀하게 모델링하여 노화와 관련된 질병의 원인을 규명하고, 건강한 노년을 위한 치료법을 개발하는 데 기여할 수 있습니다.
양자 컴퓨팅의 발전은 생명과학과 관련된 복잡계 문제를 해결하는 데 있어 큰 변화를 가져올 것으로 기대됩니다. 이는 새로운 치료법의 개발을 가속화하고, 생명의 비밀을 풀어내고 인간의 건강과 수명 연장에 기여할 것입니다. 미래에는 양자 컴퓨터의 뛰어난 계산 능력을 활용하여, 기존의 한계를 넘어서는 혁신적인 발견과 발전이 이루어질 것으로 보입니다.
생명과학의 미래와 도전
생명과학은 4차 산업혁명의 핵심 분야로, 앞으로도 많은 혁신과 발전이 기대됩니다. 그러나 생명과학이 직면한 도전과제는 다음과 같습니다:
윤리적 문제: 유전자 편집, 인공지능을 활용한 생명 연구 등은 윤리적 논쟁을 불러일으키고 있습니다. 생명과학 연구는 인간의 존엄성과 윤리를 고려하여 신중하게 진행되어야 합니다.
기술적 도전: 유전체 분석, 단백질 공학, 재생의학 등의 분야에서는 높은 수준의 기술력과 연구개발이 필요합니다. 지속적인 투자와 연구가 필요하며, 이를 위한 인프라와 인재 양성이 중요합니다.
사회적 수용성: 새로운 기술과 치료법이 개발되더라도 사회가 이를 받아들이고 활용할 준비가 되어 있어야 합니다. 생명과학의 혜택이 사회 전반에 고루 퍼질 수 있도록 정책적 지원과 교육이 필요합니다.
생명과학은 4차 산업혁명의 중심에서 인간의 건강과 수명을 연장하고 삶의 질을 향상하는 데 중요한 역할을 하고 있습니다. 앞으로도 지속적인 연구와 투자를 통해 보다 건강하고 행복한 삶을 만들어 나갈 수 있을 것입니다.
양자통신: 균등한 사회로 나아가는 혁명의 첫걸음
양자통신은 미래 사회의 사상에 혁명적 영향을 미칠 수 있습니다. 특히 모든 개인이 정보의 안전한 전달과 접근성의 평등을 가능하게 하여 권력이 중앙집권화되어 부정부패가 양산되는 현재의 시스템을 분산화하여 전 세계 모든 지역이 각각의 특성에 맞게 골고루 잘 사는 시스템을 구축할 수 있습니다. 또한 현재의 인터넷 시스템은 과포화상태로 개인 정보유출이 너무나도 심각하고 쉽게 해킹도 가능한 상태가 되고 있습니다. 양자통신은 근본적으로 해킹을 불가능하게 하여 정부보안을 강화하고 자본시장을 투명하게 할 뿐만이 아니라 신뢰를 제공하여 자본투기세력을 근본적으로 차단할 수 있고 개인의 프라이버시 보호와 권리 증진을 돕는 역할을 할 것입니다.
지금의 컴퓨터로 작동되는 인터넷 시스템에서 사용되는 모든 암호는 양자컴퓨터가 등장하면 모두 해독될 수 있습니다. 즉 해킹될 수 있다는 뜻이죠. 지금은 IBM의 양자 컴퓨터가 가장 앞섰다고는 하지만 미국보다 훨씬 많은 자금을 쏟아붓고 있는 중국에서 먼저 기존의 슈퍼컴퓨터를 훨씬 뛰어넘는 양자컴퓨터를 실용화해서 전 세계의 정부자산, 군사기술, 개인정보 등을 해킹하게 된다면 그것은 재앙과도 같은 일입니다. 어쨌든 양자컴퓨터의 등장으로 기존의 인터넷 시스템은 붕괴될 것입니다. 우리는 양자통신을 기반으로 하는 새로운 시스템을 구축하여야만 합니다. 그리고 양자암호를 기반으로 하는 새로운 블록체인 시스템의 구축으로 안전하고 신뢰할 수 있는 경제체제를 만들 수 있고 이 시스템은 상당히 오랜 시간 동안 평화로운 시기를 제공할 것입니다.
현대의 자본시장은 투전판이나 다름없습니다. 사실 정부는 투기를 조장하고 방조하는 것과 마찬가지입니다. 우리가 건전하고 신뢰할 수 있는 자본시장을 바라는 것은 이미 때가 늦은 것 같습니다. 블록체인과 같은 새로운 기술이 나왔지만 양자암호기술이 없으면 실현될 수 없습니다. 견물생심이라 하였습니다. 애초에 투기를 할 수 없는 제도적 장치를 잘 마련했으면 조그만 사건만 일어나도 과도하게 출렁이는 지금의 자본시장과 같이 타락하지 않았을 것입니다. 인공지능과 결합된 양자통신과 양자 암호기술은 이러한 투기세력을 원천적으로 차단할 수 있습니다.
모든 것은 생로병사의 과정을 겪습니다. 조선이 스스로 죽어서 대한제국으로 다시 태어나고 새로운 삶을 얻어 영생을 이었듯이 자본주의도 죽어야 새로운 삶을 얻을 수 있습니다. 만일 자본주의의 종주국인 미국이 그 일을 해내지 못하면 패권은 그것을 실행한 새로운 지역으로 넘어가는 것입니다.
양자통신 기술은 투명성과 신뢰를 기반으로 한 사회적 구조를 강화하며, 모든 사람들이 잘 사는 질서 있고 조화로운 사회를 만들게 될 것입니다. 결과적으로, 양자통신은 민주적 가치를 증진하고, 보다 공정한 사회를 구축하는 데 중요한 역할을 할 것입니다.
결론
현재 전통적인 컴퓨터의 발전 속도는 생명과학의 빠른 발전을 따라잡지 못하고 있습니다. 생명공학 분야에서 필요한 딥러닝 연산 능력은 주로 NVIDIA의 그래픽 카드, 즉 GPU의 성능에 의존하고 있지만, 현재의 GPU 성능은 생명공학에서 요구하는 수준에 한참 미치지 못합니다.
생명공학은 복잡한 데이터와 시스템을 다루기 때문에 생성되는 데이터의 양이 급격히 증가하고 있습니다. 예를 들어, 환자의 조직 세포에서 mRNA(메신저 RNA)의 분포와 증감을 분석하기 위해 FISH(Fluorescence In Situ Hybridization)라는 기술을 사용합니다. 이 기술은 넓은 면적의 3차원 형광 이미지를 구축하며, 대략 20,000-25,000개의 유전자에서 발현되는 mRNA를 수많은 조합으로 규명하는 작업을 수행합니다. 일반적으로 100개의 mRNA를 분석하기만 해도 실험당 거의 1TB의 이미지 파일이 생성됩니다. 따라서 궁극적으로 생성되는 데이터의 양은 상상하기 어려울 정도입니다.
무어의 법칙에 따라 전통적인 컴퓨터는 계속 발전하고 있지만, 생명공학의 빠른 발전 속도는 이보다 훨씬 더 높은 성능을 요구하고 있습니다. 따라서 현재의 컴퓨터로는 이러한 데이터 처리 요구를 충족하기 어려우며, 새로운 양자 컴퓨팅 기술의 도입이 시급합니다.
결론적으로, 4차 산업혁명 시대에는 양자 컴퓨팅과 양자 통신의 발전으로 복잡한 생명 현상을 보다 정밀하게 다룰 수 있게 되며, 기존에는 상상할 수 없었던 맞춤형 정밀 치료가 가능해질 것입니다. 예를 들어, 암과 같은 치료하기 어려운 질병들도 개인의 상태에 맞춘 맞춤형 치료를 통해 효과적으로 치료할 수 있게 됩니다. 또한 CRISPR-Cas9과 같은 유전자 편집 기술을 통해 암세포의 유전자 변이를 수정하거나 제거하고, 암의 재발을 방지할 수 있을 것입니다.
암을 정복하게 된다면, 줄기세포 기술을 활용하여 암을 유발하지 않고 장기를 재생하거나 유전자 치료를 안전하게 수행할 수 있는 세상이 열릴 것입니다. 또한 손상된 장기를 자유롭게 치료하거나 이식하며, 노화된 세포를 암을 유발하지 않고 회춘시킬 수 있는 가능성도 열릴 것입니다.
다음에 쓸 3 장에서는 4) 맞춤형 정밀 제약/의료 산업의 전망, 5) 생체 재료 의료기기 산업의 전망, 6) 디지털 헬스케어 산업의 전망을 다루어, 첨단 바이오산업의 미래를 살펴보겠습니다.
여기까지 읽어주셔서 감사드립니다.
오늘도 3분 명상을 통해 나와 생명의 본질에 대해 생각해 보는 시간을 가졌으면 합니다.
