Програмуючи Всесвіт. Космос – квантовий комп’ютер. Сет Ллойд
ує. Основна ідея автора полягає в тому, що інформація є в основі всього. Інтелектуальна подорож світом квантового обчислення робить читання дуже захопливим. Я був не в змозі відкласти книжку.
Сучасний варіант важливого питання «Розум чи матерія?» – це «Інформація чи фізика?». Сет Ллойд захоплено й наполегливо працював над цим питанням. У його баченні, досягнутому після складного дослідження, питання вийшло за власні межі: найглибша реальність – це водночас інформація і фізика.
Для тих читачів, які обожнюють філософські питання про буття, немає більшої інформації, ніж тут. Сет Ллойд переписав інструкцію до космології, надав глибокі та достовірні дані з царини обчислень, що мають стосунок до проблем складності, життя та Всесвіту. Це абсолютно новий підхід до деяких найглибших наукових таємниць Всесвіту, привабливо розкритий одним із найбільш творчих науковців та провідних мислителів.
Книжка [Ллойда] робить для квантової інформації те, що Браян Ґрін зробив для струн, а Стівен Гокінґ – для простору-часу… Подаючи важливі питання в доступній формі, праця Ллойда життєво важлива для аудиторії, яка спеціалізується на науках про землю та космос.
Сет Ллойд – професор машинобудування в МТІ, головний дослідник у Дослідницькій лабораторії електроніки та проектувальник першого реального квантового комп’ютера. Про нього як сенсацію писали великі статті в New York Times, Los Angeles Times, Washington Post, Economist і Wired. Його ім’я часто з’являється на сторінках Nature, New Scientist, Science та Scientific American. Він мешкає в Кембриджі, штат Массачусетс.
Присвячується Єві
Пролог. Яблуко і Всесвіт
– Спочатку був біт, – так розпочав я.
У каплиці в монастирі XVII століття, який прихистив Інститут дослідження комплексних систем у Санта-Фе, зібралося багато вчених-завсідників: фізиків, біологів, економістів, математиків, – серед них і лауреати Нобелівської премії. Великий старець від астрофізики та квантової гравітації Джон Арчибальд Вілер доручив мені надскладне завдання – прочитати лекцію на тему «Все походить від біта». Я прийняв завдання. І коли мене почали долати сумніви, чи варто було, відступати вже виявилось надто пізно. Я тримав яблуко в руці.
– Усе, що існує, походить із інформації, або бітів, – продовжив я, нервово підкидаючи яблуко в повітрі. – Це яблуко є ідеальним прикладом. Яблука вже тривалий час асоціюються з інформацією. Яблуко – плід знань, чий смак приніс у світ смерть та інші негаразди. Воно містить інформацію про добро і зло. Саме за траєкторією падіння яблука Ньютон відстежив закон усесвітнього тяжіння, а викривлена поверхня яблука є образом викривленого просторово-часового континууму Ейнштейна. Ще безпосередніше: у насінні яблука зашифровано генетичний код – структуру майбутніх яблунь. І остання деталь, але не найменша за значенням: яблуко містить вільну енергію – енергію, збагачену калоріями-бітами, потрібними нашому організмові для функціонування.
Я вкусив яблуко.
– Без сумніву, в цьому яблуку міститься багато видів інформації. Але скільки інформації там?
Я поклав яблуко на стіл та обернувся до приладової панелі, щоб виконати деякі обчислення.
– Цікаво відзначити, що кількість бітів у яблуку відома від початку ХХ століття, ще до того, як з’явилося слово «біт». Спочатку комусь може здатися, ніби в яблуку міститься безліч бітів, але це не так. Насправді закони квантової механіки, які керують усіма фізичними системами, роблять скінченною кількість бітів, необхідну для зумовлення мікроскопічного стану яблука та його атомів. Кожному атому, згідно з його розташуванням та швидкістю, відповідають лише декілька бітів; кожному ядерному спіну1 в атомному ядрі відповідає лиш один-єдиний біт. Унаслідок цього в яблуку міститься лише в кілька разів більше бітів, ніж атомів, – кілька мільйонів мільярдів мільярдів нулів та одиниць.
Я повернувся обличчям до аудиторії. Раптом помічаю – яблука немає. Отакої. Хто б міг його взяти? Я кинув погляд на доброзичливе обличчя Вілера та на безтурботний вираз Мюррея Ґелл-Манна, нобелівського лауреата, автора відкриття кварків та володаря одного з найбільш авторитетних поясів чемпіона з фізики у світі.
– Я не можу продовжувати без яблука. Немає його – немає біта, – заявив я і присів.
Це тривало лише мить, доки яблуко не віддав єхидний інженер із Bell Laboratories. Я взяв його й тримав на висоті, щоб ускладнити спробу вчинити чергову крадіжку. Та це виявилося помилкою. Деякий час, правда, здавалося, що все добре. Я продовжив:
– Усі біти рівні за кількістю інформації, яку вони можуть передавати. Біт (скорочення від терміна «бінарна одиниця інформації») має два розрізнювальні стани – 0 або 1, «так» або «ні», орел або решка. Будь-яка фізична система з такими станами
Спін – власний момент кількості руху елементарної частинки. Ядерний спін – це векторна сума власних спінів нуклонів і їхніх орбітальних моментів імпульса, зумовлених рухом нуклонів у ядрі. (