Вселенные: ступени бесконечностей - Павел Амнуэль

Иными словами, квантовый компьютер даже с единственной вычислительной ячейкой — кубитом — в принципе способен решить за планковское время задачу любой вычислительной сложности. В реальности, разумеется, столь высокие скорости счета еще не достигнуты и, более того, у физиков существуют справедливые сомнения в том, что практически бесконечные скорости счета будут достигнуты когда бы то ни было. Причины, однако, сугубо технические — теоретических ограничений (в рамках многомировой физики) не существует.

Основная проблема — в технической невозможности поддерживать систему в состоянии суперпозиции для проведения квантовых расчетов. В идеальных условиях, когда вычислительная система находится в полностью изолированном от внешних воздействий состоянии, скорости счета ограничены лишь квантовыми принципами неопределенности для многомирий, однако в реальных условиях пока (и вероятно, в будущем) невозможно добиться полной изоляции, а это приводит к декогеренции волновых функций, потере состояния суперпозиции и резкому уменьшению скорости работы квантовой вычислительной системы.

Технические трудности квантового компьютинга чрезвычайно велики. Достаточно сказать, что за 60 лет развития этой области вычислительной техники количество используемых в квантовых компьютерах кубитов возросло с двух (в 1999 году) до 15 миллионов (квантовый компьютер «Briston» Гарвардского университета). Формальное увеличение в семь с половиной миллионов раз не очень вдохновляет, если учесть, что рост шел всего лишь с двухкубитовой счетной системы.

Квантовые компьютеры в настоящее время конструируются, как ни странно, исходя из парадигмы о линейности квантовых уравнения. Квантовые компьютеры давно уже стали элементом нашего быта и используются повсеместно — от решения сугубо житейских задач (встроенные системы управления домашними приборами) до самых сложных расчетов, в том числе, кстати, расчетов, связанных с решением многомировых задач. Парадоксально, но именно развитие квантового компьютинга убедило большинство физиков в правоте многомировых идей и послужило в начале ХХI века сильнейшим стимулом к исследованиям в области многомирия. Разумеется, в том же направлении двигались и теоретики, пытавшиеся создать единые физические теории (теории Всего): специалисты в области физики струн (струнное многомирие), хаотической инфляции (инфляционное многомирие) и т. д. Однако именно развитие квантового компьютинга привело к необходимости совершенствования расчетов, которые и привели, в свою очередь, к теориям склеек и к использованию в физике нелинейных квантовых уравненнй.

Парадокс же нового времени заключается в том, что теоретики квантового компьютинга до сих пор полагают, что нет никаких реальных причин изменения парадигмы и учета квантовой нелинейности. В определенной степени они, конечно, правы: квантовый компьютер как НЕЖИВОЕ устройство в полной мере описывается, конструируется, проектируется и создается на основании линейных квантовых уравнений. Расчеты, проводимые на квантовых компьютерах, разумеется, используют многомировое устройство мироздания, и эти расчеты точны, насколько вообще необходима точность, которую они дают. Быстрота расчетов в квантовом компьютинге ошеломляет даже наших современников, давно уже привыкших использовать эти компьютеры в науке, технике и быту. Расчеты, занимавшие годы времени даже у самых мощных классических компьютеров (последние разработки классических компьюетров начала тридцатых годов ХХI века), даже достаточно простенький квантовый компьютер, использующий в расчетах до 4 тысяч кубитов, выполняет в доли секунды. Нет (во всяком случае, пока) никакой практической причины (при наличии колоссальных технических трудностей) для изменения компьютерной парадигмы, хотя даже самые упертые квантовые компьютерщики современности, думаю, прекрасно понимают, что когда-нибудь им (а они надеются, что — их потомкам) придется строить квантовые компьютеры с учетом нелинейности уравнений. Но сейчас они крепко держатся за старую парадигму, поскольку она, как и копенгагенская парадигма в середине ХХ века, позволяет проводить расчеты любой нужной точности за практически бесконечно малое время.

Учет нелинейностей в квантовых уравнениях при создании квантовых компьютеров с очевидностью приведет к полной победе интуитивизма в вычислительной математике. Предполагалось, что на этом пути можно прийти и к иному важному достижению: созданию искусственного интеллекта, «искусственных мозгов», «живых компьютеров» и пр. В ХХ и начале ХХI века о создании искусственного интеллекта писали, в основном, фантасты, причем, большая часть таких произведений была посвящена угрозе порабощения человечества искусственным интеллектом, более мощным и безжалостным (поскольку считалось, что искусственный интеллект не будет обладать сдерживающими механизмами морали и этики), чем естественный интеллект человека. Работы по созданию искусственного интеллекта велись и в физике.

Однако идея создания искусственного интеллекта (ошибочная, как впоследствии оказалось) вместе с работами по исследованию квантовых запутанностей (которые велись с целью разобраться вовсе не в природе искусственного интеллекта, а в природе склеек альтерверсов) привели к возникновению нового направления в квантовой физике, лишь косвенно связанного с исследованием многомирий. Речь идет о явлении квантовой неживой эволюции — открытию столь же неожиданному, сколь и предсказанному и, более того, давно известному. Квантовая физика полна парадоксов, и один из самых впечатляющих — парадокс квантовой эволюции, с явлениями которой человечество многократно сталкивалось, но так и не сумело распознать, пока не появились работы Logert & Malitsky, 2027; Bua Lo, 2028.

Прежде чем перейти к рассмотрению квантовой эволюции как природного явления, поговорим о явлении, которое является причиной эволюционных процессов в неживой природе. Речь идет о квантовой запутанности в замкнутых системах.

Я уже рассказывал о физической природе квантовой запутанности, когда речь шла о парадоксе Эйнштейна-Подольского-Розена (ЭПР).

Физики ХХ и начала ХХI века разрешали ЭПР-парадокс утверждением, что частицы не могут оставаться в связанном состоянии, если одну из них «отнести» на достаточно большое расстояние от второй. Ведь только в идеальных условиях мысленного эксперимента две частицы можно разнести на любое расстояние так, чтобы они по пути не провзаимодействовали с множеством других частиц. А если система перестает быть связанной, то и парадокс не возникает — экспериментатор может как угодно изменять направление спина первого электрона, и это никак не отразится на направлении спина второго.

Мысленные эксперименты, однако, при всей их идеальности и часто практической невоспроизводимости, обладают тем свойством, что они выявляют основные законы и противоречия — фундаментальные законы и фундаментальные противоречия, которые необходимо интерпретировать и в которых необходимо разобраться в принципе, не ссылаясь на то, что технически такой мысленный эксперимент очень трудно или даже невозможно воспроизвести. ЭПР-парадокс ставил вопрос о том, какая из интерпретаций природы верна: квантовая физика или теория относительности, ибо одновременное их существование приводило, по мнению авторов, к неразрешимому противоречию.

Тем не менее Barrett (2009) и другие физики провели серию очень тонких (по тем временам) экспериментов, показавших, что частицы действительно остаются связанными (перепутанными), если разнести их на расстояние нескольких метров. Современный предел, при котором удалось сохранить запутанность частиц в системе, равен 1,5 миллиона километров — расстояние между лабораторией на Земле и автоматической станцией «LEHYD-9», находящейся в первой точке Лагранжа. Изменение состояния пар разнесенных протонов и мезонов было зарегистрировано одновременно в лаборатории и на АМС, и лишь через пять секунд (время, необходимое свету для прохождения расстояния в 1,5 миллиона километров) с Земли было получено подтверждение того, что эксперимент действительно удался.

Разумеется, при этом не возникает противоречий с теорией относительности, поскольку никакой реальный сигнал от первой части системы ко второй не передается. Однако вопрос остается открытым в случае, если в эксперименте участвует не пара или несколько частиц, а большой ансамбль, а изменению в лаборатории подвергается значительная часть этого ансамбля, причем таким образом, что это может быть интерпретировано, как передача информации. Например, имеется система из 2N частиц, полностью квантово запутанных, и часть этой системы, состоящая из N частиц, переносится на расстояние D от первоначальной локализации. После удаления части В экспериментатор подвергает часть А воздействию по программе, которая ему заранее не известна (как неизвестна и наблюдателю, находящемуся с частью В на расстоянии D) и которая изменяет состояние частиц в подсистеме А в такой последовательности, которая может быть интерпретирована как некое сообщение. Одновременно и в той же последовательности должны произойти соответствующие изменения в квантовом состоянии частиц, составляющих подсистему В. Нет возможности интерпретировать изменение подсистемы В как не несущее никакой информации, связанной с подсистемой А. Единственное, что необходимо сделать экспериментаторам А и В — изначально договориться о способе декодирования информации. В случае достаточно большого числа частиц может быть передано значительное количество информции, что свидетельствует о нарушении принципа относительности.