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사이언스북스와 KAIST가 함께하는 'KAIST'명강 1기

Editor! 2011. 9. 27. 11:18

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KAIST 명강 1

‘정보의 미래에서 길을 찾다’

KAIST 명강’ 1기에서는 ‘정보의 미래’를 주제로, 최근 과학의 담장을 넘어 경제와 사회, 정치 영역에까지 크나큰 파급력을 미치고 있는 복잡계 네크워크와, 생명에 대한 정보를 고스란히 담고 있어 의학과 생명 공학의 영원한 화두인 유전자, 그리고 마지막으로 최신 물리학 이론으로 우리 주변을 감싸고 있는 매트릭스를 구성하고 파헤치는 암호학을 살펴본다.

 

 

1. 구글 신은 모든 것을 알고 있다!!―복잡계 네트워크 및 데이터 과학

 

강연자 정하웅(KAIST 물리학과)

강연 일시 2011 10 12, 19, 26

강연 개요

  세상의 모든 것들은 많은 구성 성분으로 이루어진 다체계이며, 그 구성 성분 간의 다양하고 유기적인 협동 현상에서 비롯되는 복잡한 현상들의 집합체로 생각할 수 있다. 이러한 복잡한 현상들의 집합체, 즉 복잡계(complex systems)를 이해하고자 하는 노력이 최근에 활발히 일어나고 있다. 복잡계에 대한 연구는 21세기에 들어와 과학의 중요한 주제로 떠오르고 있으며 특히나 물리학자, 수학자, 경제학자, 생물학자, 컴퓨터 공학자들이 함께 모여 연구를 하고 있는 학제 간 연구의 좋은 본보기로 여겨지고 있다. 복잡계 연구에서는, 인터넷 및 WWW을 비롯한 정보 통신 네트워크, 세포내 물질 간의 상호 반응을 나타내는 신진 대사망, 각 기업 간 주가 지수의 상관관계를 설명할 수 있는 경제 네트워크, 사람들 사이의 섹스 관계 등, 여러 분야의 서로 다른 많은 수의 객체(노드)들 간의 복잡한 상호 작용(링크)이 얽혀진 네트워크를 분석함으로써 복잡계의 구조와 성질 및 그 안에서 일어나는 여러 협동 현상들을 이해하려 하고 있다.

  이번 강의에서는 다양한 복잡계의 예들을 소개하고 네트워크의 연구 방법을 통하여 분석, 그 활용 가능성을 가늠해 보고자 한다. 구체적으로는 IT 분야 Google의 전략과 미래 인터넷 연구, 시스템 생물학을 통한 신약 개발 노력, 18대 국회의원의 네트워크 분석, 도로 교통망의 체증 해소 문제, 컴퓨터 바이러스와 AIDS 등 전염병 확산 방지 대책, 트위터, 싸이월드 등 온라인 사회 네트워크의 특징 및 커뮤니티 찾기 문제, 네트워크를 이용한 주식 투자 방법 등, 여러 분야에 적용된 복잡계 네트워크 과학의 응용 사례들을 수식 한 줄 없이(!) 전혀 물리학답지 않은 쉬운 방법으로 설명해 보고자 한다.

 

10 12

1강 “세상을 묶는 끈들의 갈래 따기”

 Ⅰ 복잡계 네트워크의 소개

    - 인터넷, 세포, SNS: 복잡계의 다양한 예제들

 Ⅱ 복잡계 네트워크의 구조와 생성 원리

    - 무작위 네트워크와 척도 없는 네트워크

    - 빈익빈 부익부로 간단히 설명되는 네트워크 생성 원리

 Ⅲ 복잡계 네트워크의 활용 맛보기

    - AIDS 치료: 사생활 침해 없이 카사노바 찾아내 치료하기

 

10 19

2강 복잡계 네트워크의 응용

  Google의 성공 비결

    - PageRank: Google 검색 엔진의 성공 뒷배경

 Ⅱ 네트워크 생물학

    - 복잡계 네트워크와 생물 정보학

    - 왜 세포는 그리도 튼튼한가?

    - 신약 개발과 질병 치료는 그럼 어떻게?

 Ⅲ 교통 체증과 네트워크

    - Price of Anarchy: 게임 이론을 통한 교통 체증의 작은 설명

    - 브래스 패러독스: 도로를 막아야 교통 흐름이 나아진다고?

 

10 26

3 Data Science와 복잡계

 Ⅰ 구글신(?)의 위대함

    - Google knows everything

    - Google의 독감 환자 수 예측 방법

 Ⅱ 사회 네트워크의 분석

    - 싸이월드, 트위터, 페이스북의 연결 구조

    - 18대 국회의원 네트워크

 Ⅲ 벤포드 법칙

    - 숫자에 숨어 있는 법칙을 찾아내자.

 

 

2. 생명의 본질, 나는 정보다!!―바이오인포매틱스의 최전선

 

강연자 김동섭(KAIST 바이오및뇌공학과)

강연 일시 2011 11 2, 9, 16

강연 개요

생명이란 무엇인가라는 질문은 그 구체성의 정도를 떠나서 모든 사람들이 해답을 얻고 싶어 하는 질문일 것이다. 많은 과학자들은 생명의 본질은 바로 정보(information)라 생각하고 있다. 생명을 이루기 위해 필요한 모든 정보는 DNA에 담겨져 있으며 생명체는 DNA에 쓰여 있는 코드(code)를 해독(decode)하여 명령들(instructions)을 수행한다. 생명의 본질이 정보라면 생명체는 자기 몸속에 정보를 저장하고 처리하는 정보 처리 기관(information processor)이 된다. 생명이란 말을 듣고 포효하는 사자를 연상하기보다는 소프트웨어가 시키는 대로 정보를 처리하는 컴퓨터를 연상하는 것이 본질에 더 가까워지는 것이다. 사람들이 모두 제각각인 이유는 이들이 가지고 있는 DNA가 조금씩 다르기 때문이다. 자신이 가지고 있는 자기 자신만의 유전 정보를 해석할 수 있으면 내가 누구인지를 알 수 있게 된다. 더 나아가서 생명이 곧 정보이니 새로운 생명을 만들고 싶다면 새로운 DNA를 만들면 된다. 합성 생물학을 연구하는 사람들은 이 원칙을 바탕으로 전혀 새로운 생명체를 설계하고 합성하려 하고 있다.  

 이번 강의에서는 생물 정보의 단위인 유전자의 정체를 밝히려는 오랜 노력들과 관련 인물들에 대해 알아보고 이 과정에서 생명이란 곧 정보라는 원리가 어떻게 발전되고 완성되었는지를 논의한다. 생명 정보를 어떻게 해석하고 이용할 것인가를 소개한 후, 합성 생물학, 시스템 생물학, 개인 맞춤형 의학 분야에서 생명 정보가 어떻게 쓰이는지를 알아보고 이와 관련한 여러 사회적 윤리적 이슈들에 대해 토론한다.

 

11 2

1강 정보 처리 기관으로서의 생명

 Ⅰ 유전자의 정체

    - 역사, 정의, 관련 인물들

    - DNA인가 단백질인가?

  DNA

    - 왓슨과 크릭 그리고 두 편의 《네이처》 논문

    - 이중 나선 구조

    - A, T, G, C로 구성된 정보

  DNA에서 단백질로

    - 암호 해독자들: 크릭, 브레너, 가모브, 니렌버그

    - 유전 암호: 코돈

 Ⅳ 분자 생물학의 센트럴 도그마

    - 정보의 흐름: 생명 정보는 한 방향으로만 흐른다.

    - 유전 정보는 언어다

 

11 9

2강 어떻게 유전 정보를 해석할까

 Ⅰ 생물 정보학

    - 유전자 서열 비교하기

    - 유전자 서열 비교를 통한 진화: 박테리아-곰팡이--벌레--인간의 관계

 Ⅱ 합성 생물학

    - 생명이 곧 유전자 코드?

    - 새로운 생명체 설계하고 만들기

 Ⅲ 시스템 생물학

    - 모든 것은 연결되어 있다

    - 생명 네트워크

 

11 16

3강 나의 유전체, 나의 삶

 Ⅰ 유전체, 유전체 해독법

    - 인간 게놈 프로젝트

    - 차세대 염기 서열 분석

 Ⅱ 개인 유전체

    - 나는 나의 유전체

    - 1,000달러 게놈 프로젝트

 Ⅲ 개인 맞춤 의학

    - 체질?

    - 나만을 위한 진단, 예방, 의약, 및 치료

 

 

3. 퀀텀 시티 속에 정보를 감춰라!!―암호와 양자 정보학

 

강연자 이해웅(KAIST 물리학과)

강연 일시 2011 11 23, 30, 12 7

강연 개요

  양자 정보학은 양자계를 이용하는 정보 처리의 원리와 방법을 연구하는 학문으로 특히 최근 30여 년 동안 눈부신 발전을 이룩하면서 현대 물리학과 정보 이론의 혁신 첨단 과제로 부상하였다. 정보 처리를 수행하는 컴퓨터/통신 칩들의 크기가 점차로 작아지면서 필연적으로 양자 정보 시대는 가까이 다가오고 있으며 양자 정보학의 중요성은 점점 더 높아질 것이 확실시되고 있다. 양자 역학의 원리와 법칙을 적절하게 이용하면 고전 정보 처리에서는 가능하지 않았던 또는 상상조차 할 수 없었던 방법들이 가능해진다. 그 대표적인 예가 양자계를 이용하는 암호 전달, 즉 양자 암호의 방법이다. 기존의 모든 고전 암호 전달의 방법이 그 절대적 안전성을 보장할 수 없고 단지 암호를 해독하는 데 오랜 시간이 걸린다는 계산적 안전성에 의존하는 반면에 양자 역학의 원리를 이용하면 절대적 안전성이 보장되는 암호 전달이 가능해진다.

  이번 강연에서는 양자 암호학을 중심으로 양자 정보학의 기초 원리를 소개하고자 한다. 양자 암호에 앞서 우선 현재 우리가 사용하고 있는 고전 암호 전달의 방법들을 알아보고, 양자 정보학의 기초가 되는 양자 역학의 기본 원리를 살펴본 후, 양자 정보학의 중심 과제인 양자 암호, 양자 통신 및 양자 전산의 원리와 방법을 설명하고자 한다. 빠르게 발전하고 있는 정보 기술에 대비하여, 특히 빠르게 다가오고 있는 양자 정보 시대에 대비하여 시대에 앞서갈 수 있는 유익한 첨단 지식을 제공할 수 있기를 바라는 마음에서 이 강연을 진행할 것이다. 

 

11 23

1강 암호의 세계

 Ⅰ 젊은이들만의 암호 - 나가수

 Ⅱ 너와 나만의 암호 - 시저암호

 Ⅲ 우리 편만의 암호 - 에니그마

 Ⅳ 상당히 안전한 암호 - RSA

    - 공개키 암호 체계

    - 최고로 인기 좋은 암호 - RSA

 V  절대적으로 안전한 암호 - 1회용 패드  

 

11 30

2강 양자 정보 전달

 Ⅰ 정보 전달

    - 정보의 숫자화

    - 비트와 큐비트

    - 광자와 편광

    - 편광 알아내기

 Ⅱ 양자 역학이란 무엇인가?

 Ⅲ 양자 암호

    - 양자키 분배 - BB84

    - 양자 암호는 절대적으로 안전하다

 

12 7

3강 양자 정보의 세계

 Ⅰ 양자 암호학

 Ⅱ 양자 공간 이동

    - 과학 공상 영화에서의 공간 이동

    - 고전 공간 이동 - 팩스, 카드 게임

    - 양자 공간 이동

 Ⅲ 양자 전산과 양자 컴퓨터

 

 

4. 정보 생태계, 세상을 바꾸다!!―전체 정담

 

대담자 정하웅, 김동섭, 이해웅, 사회자(정재승)

대담 일시 2011 12 14

대담 개요

KAIST 명강 1기 강연자 모두가 한자리에 모여 오늘날 정보가 왜 그토록 중요한지, 실제로 우리 삶에 어떤 영향들을 미치고 있는지, 그리고 앞으로 다가올 정보 사회는 어떤 모습일지 등을 자유 토론하는 자리를 마련한다

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