Програмуючи Всесвіт. Космос – квантовий комп’ютер. Сет Ллойд
як не здатні обчислювати класичні комп’ютери, як-от персональні. У процесі дослідження того, яким чином змусити найменші часточки Всесвіту – атоми та молекули – обчислювати, я краще зрозумів природну здатність до обробки інформації Всесвіту як єдиного цілого. Складний світ, що його ми бачимо навколо, – це вияв квантового обчислення Всесвіту, що лежить у його основі.
Цифровий прорив, що бурхливо відбувається сьогодні, є навряд чи останнім у довгій черзі революцій в обробці інформації, що тягнуться назад крізь розвиток мови, еволюцію статі, створення життя аж до початку самого Всесвіту. Кожна революція заклала основу для наступної, і всі революції в обробці інформації від часу Великого вибуху беруть початок у природній здатності Всесвіту обробляти інформацію. Обчислюючи, Всесвіт обов’язково породжує складність. Поява життя, статевого розмноження, мозку, людської цивілізації – це не випадковість.
Квантова механіка добре відома своєю химерністю. Хвилі поводяться, мов частинки, а частинки – як хвилі. Речі можуть бути одночасно в двох місцях. І, мабуть, не дивно, що в мікроскопічних масштабах відбуваються дивні й парадоксальні речі, адже наші інтуїтивні знання розвинулися внаслідок взаємодії з об’єктами, значно більшими за окремі атоми. Квантова механіка спантеличує. Нільс Бор, батько квантової механіки, якось сказав: «Якщо хтось вважає, що він може пізнати квантову механіку без запаморочення голови, то він ще не розібрався в ній як слід».
Квантові комп’ютери використовують «квантову дивність» для виконування завдань, надто складних для традиційних комп’ютерів. І все тому, що квантовий біт, або кубіт, здатний передавати і 0, і 1 водночас (класичний біт може передавати лише те або друге), тому квантовий комп’ютер може виконувати водночас мільйони обчислень.
Квантові комп’ютери обробляють інформацію, що зберігається в окремих атомах, електронах та фотонах. Квантовий комп’ютер є втіленням демократії в контексті інформації: кожен атом, електрон та фотон однаково беруть участь у передачі та обробці інформації. І ця фундаментальна інформація не обмежується квантовими комп’ютерами. Усі фізичні системи зводяться до квантово-механічних, і всі вони містять та обробляють інформацію. Світ складається з елементарних частинок – електронів, фотонів, кварків, – і кожна елементарна частинка фізичної системи передає фрагмент інформації: одна частинка – один біт. У ході взаємодії вони трансформують і обробляють цю інформацію, біт за бітом. Кожне зіткнення між елементарними частинками – це проста логічна операція, або «оп».
Щоб зрозуміти будь-яку фізичну систему через її біти, необхідно докладніше розібратися в механізмі, який дозволяє кожній частинці передавати та обробляти інформацію. Коли ми зрозуміємо, яким чином комп’ютерові це вдається, нам буде зрозуміло, як це робить фізична система.
Ідею створити такий комп’ютер