Программируя Вселенную. Квантовый компьютер и будущее науки

Ллойд Сет

Я провел в Санта-Фе целый месяц и отправился в Центр физики в Аспене (Aspen Center for Physics), чтобы навестить Хайнца, у которого был дом рядом с Аспеном. Он проводил здесь лето с женой Элейн и двумя маленькими детьми. Наша работа по термодинамической глубине вызвала дебаты в научном сообществе и привлекла внимание научных журналистов. Мы часто ходили в горы Элк-Маунтинз и обсуждали нашу следующую работу. Точнее, мы некоторую часть времени пытались обсуждать нашу следующую работу, но в основном Хайнц развлекал меня историями, никак не связанными с физикой. На вершине горы Кастл-Пик он развел руки в стороны и провозгласил: «Я дарю тебе все богатство и всех красавиц мира!»

Два дня спустя произошла катастрофа. Мы с Хайнцем решили подняться на пик Пирамид, груду выветренных скал высотой 4300 м

возле долины Вест-Марун, в десяти милях от Аспена. Был прекрасный день; мы вышли рано и, тщательно избегая камнепадов, к полудню поднялись наверх. По пути вниз нам нужно было сделать короткий, но опасный траверс; стоит сорваться, и падать придется долго. Мы двигались по краю трещины, Хайнц впереди. В конце трещины он прыгнул на седловину между двумя скалами. Из-за полиомиелита, которым Хайнц переболел в детстве, у него была повреждена лодыжка. Когда его нога коснулась седловины, лодыжка подвернулась. Он упал и пропал из виду в почти вертикальной расщелине.

Я крикнул. Ответа не было. Очень быстро, чтобы хоть что-то делать, я тоже перепрыгнул на седловину; это был небольшой, но очень неудобный прыжок. Я кричал и кричал. Тишина. Расщелина была слишком крутой, и я не мог спуститься один, а веревка осталась в рюкзаке у Хайнца. Я повернулся и побежал за помощью другой дорогой.

Счастливого конца не было. Шериф попросил меня съездить к Элейн и сообщить ей о случившемся, а команда горных спасателей отправилась на поиски Хайнца в надежде, что он застрял в щели и, возможно, еще жив. Они не смогли его найти, решили задействовать вертолет и взяли меня с собой. Мы медленно поднялись над большой чашей пика Пирамиды, центральная часть которого представляет собой утес из отвесных выветренных скал высотой 800 м. Мы нашли, куда упал Хайнц. Там не было никакой щели. Он пролетел 30 м по вертикали, разбился и умер – быстрая, бескровная смерть. После удара его тело прокатилось еще 600 м, и там, на выступе скалы, мы его нашли. Мы медленно спустились, и я отправился к Элейн, чтобы сообщить ужасную новость.

В следующие месяцы я пытался как-то осмыслить случившееся. Моя потеря была ничто по сравнению с бедой Элейн; тем не менее я испытал настоящий шок, я был почти раздавлен. После похорон я вернулся в Лос-Аламос и продолжал работать с Войцехом Зуреком. Я жил в мотеле, мои окна выходили на каньон. По ночам меня будил голос Хайнца, звучавший у меня в голове. Я вскакивал с постели – мне казалось, что он находится в комнате. Я винил себя в том, что выжил. Однажды я в одиночестве ушел в дикие леса Пекоса. Я несколько дней бродил по лесу, не имея понятия, где я нахожусь. Я совершал в одиночку рискованные восхождения. Я взбирался на утесы и подолгу смотрел вниз, загипнотизированный ужасом.

Я искал утешения в работе, но законы физики, хотя и увлекают, но утешения не приносят. Причины всех случайных событий лежат в сфере квантовой механики. Многомировая интерпретация квантовой механики утверждает, что для каждого события, которое произошло, есть много миров, в которых его не случилось. Смерть Хайнца была трагической случайностью. Он был опытным альпинистом и мог бы тысячу раз без вреда прыгнуть от той трещины на седловину. Только в этот раз он приземлился под неправильным углом, и его подвела лодыжка. И здесь, в нашем мире, он упал со скал. Другие же миры меня не успокаивали. Подобно главному герою романа Кендзабуро Оэ «Личный опыт», я понял, что «невозможно примириться с безусловностью смерти, к каким бы психологическим уловкам вы ни прибегали».

Но этот мир все еще дает немного утешения. В разговорах с Элейн и с друзьями Хайнца Джоном Брокманом, Шэрон и Дэвидом Олдс я больше узнавал о Хайнце и его жизни. Работая над гипотезами, родившимся во время нашего недолгого сотрудничества, включая некоторые из идей, изложенных в этой книге, я находил удовлетворение, представляя себе, что бы сказал Хайнц и как бы он критиковал мои утверждения. Утешение постепенно приходило из информации – от битов, как реальных, так и воображаемых. Тело и мозг Хайнца ушли. Информация, которую обрабатывали его клетки, навсегда растворена в медленных процессах Земли. Он утратил сознание, способность мыслить и действовать. Но мы не потеряли его полностью.

При жизни Хайнц запрограммировал свою собственную часть Вселенной. Получившиеся вычисления разворачиваются в нас и вокруг нас: его яркие мысли и смелое поведение, которым он так поражал нас, остаются в наших мыслях и действиях и имеют свои собственные яркие и смелые последствия. Фрагмент универсальных вычислений, начатых Хайнцем, продолжается до сих пор.

Благодарности

Я хотел бы поблагодарить всех своих учителей, и в особенности членов моей семьи и друзей.

Моя жена Ив и дочери Эмма и Зоя проявили огромное терпение, когда я писал эту книгу. Мои родители, Роберт и Сьюзен Ллойд, были первыми читателями и редакторами книги. Мои братья Бен и Том задавали хорошие вопросы, как и мои племянницы, племянники, кузены, дяди, тети и родственники моей жены.

Мои друзья из Массачусетского технологического института и из других научных институтов внесли множество полезных комментариев и критических замечаний, Прежде всего, это Чарли Беннетт, Пол Дэвис и участники семинара Мозеса: Джоэль Мозес, Боб Бервик, Гади Гайгер, Джей Кейзер, Санджой Миттер, Том Найт, Артур Стейнберг, Джерри Сассман и Роберт Фано. Студенты курса Терри Орландо терпеливо читали рукопись и говорили мне, что они о ней думают; я слушал. Дж. Р. Лукас, Дженет Браун и Арам Хэрроу помогли мне разыскать неуловимых печатающих обезьян. Мюррей Гелл-Манн учил меня квантовой механике и сложности, а Дойн Фармер заставил меня гонять на горном велосипеде, обсуждая отношения между этими двумя темами. Шэнь Цай помог мне с китайским философом Мен-цзы.

Все мои коллеги, работающие в области квантовой информации и вычислений, внесли огромный вклад в эту книгу благодаря их собственным научным работам. По большей части, исследования, которые легки в основу этой книги, финансировали следующие организации: Инициатива Cambridge-MIT, Национальный научный фонд США, Исследовательский отдел Армии США, Агентство перспективных оборонных исследовательских проектов, Центр перспективных исследований и разработок ARDA, Управление исследований ВМС США, Управление научных исследований ВВС США.

Марти Ашер из издательства Knopf был терпеливым и отзывчивым редактором. Если эту книгу легко читать, то лишь благодаря Саре Липпинкотт, превратившей мои короткие записки в связный текст. Джон Брокман заставил меня написать эту книгу, а Кэтинка Мэтсон держала меня за руку, пока я это делал.

Наконец, я хотел бы сказать спасибо тем, кого уже не могу поблагодарить лично, прежде всего Хайнцу Пэджелсу, Рольфу Ландауэру и Алексису Белашу.

Дальнейшее чтение

Дискуссий о Вселенной как о компьютере довольно много. Кроме «Последнего вопроса» Азимова (1956), см., например, Pagels, The Cosmic Code (Simon & Schuster, 1982), J. D. Barrow, Theories of Everything (Clarendon Press, 1991), and F. J. Tipler, The Physics of Immortality (Doubleday, 1994).

Идею о том, что Вселенная может представлять собой классический компьютер, выдвинули в 1960-х гг. Конрад Цузе и Эд Фредкин. Книга Цузе вышла под названием Rechnender Raum (Schriften zur Datenverarbeitung, Band 1, Friedrich Vieweg & Sohn, Braunschweig, 1969), ее английский перевод – Calculating Space (MIT Technical Translation AZT-70–164-GEMIT, MIT [Proj. MAC], Cambridge, Mass. 02139, February 1970,. Работы Фредкина можно найти здесь:Они предложили особый тип компьютера – «клеточный автомат». Клеточный автомат состоит из регулярной матрицы клеток, каждая из которых содержит один или более битов. Каждая клетка обновляется от одного такта к другому, делая это в зависимости от ее собственного состояния и состояния соседних клеток [46] . Идею о Вселенной как о клеточном автомате позже популяризировал Стивен Вольфрам в книге «Наука нового типа» (A New Kind of Science) (Wolfram Media, 2002).

46

Наибольшую известность среди клеточных автоматов приобрела игра «Жизнь». – Прим. ред.