Сет Ллойд - Програмуючи Всесвіт. Космос – квантовий комп’ютер

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 містить чітко один біт. Система з більшою кількістю станів – більше бітів. Система з чотирма станами (наприклад: 00, 01, 10, 11) містить два біти; система з вісьмома станами (наприклад: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111) – три біти і так далі. Як я вже казав, квантова механіка гарантує: будь-яка фізична система зі скінченною енергією, що міститься в скінченному об’ємі простору, має обмежену кількість розрізнювальних станів, і тому їй відповідає обмежена кількість бітів. Інформацію містять усі фізичні системи. За словами Рольфа Ландауера, науковця з корпорації IBM , «інформація – фізична».

У цей момент Ґелл-Манн перебив мене:

– Невже всі біти справді рівні? От, наприклад, біт, який каже нам про те, чи деякі широко відомі математичні гіпотези істинні. Порівняйте його з бітом у довільному киданні жеребу. Деякі біти важливіші за інші.

– Так, погодився я. Різні біти відіграють різні ролі у Всесвіті. Усі біти передають одну й ту саму кількість інформації, але якість і важливість тієї інформації різняться. Значущість «так» залежить від того, яке питання поставлено. Два біти інформації, що встановлюють природу пари нуклеотидів у ДНК яблука, значно важливіші для поколінь майбутніх яблук, ніж біти інформації, породженої тепловим зміщенням атома карбону в одній із молекул яблука. Лише кілька молекул та їхніх супровідних бітів необхідні для передачі запаху яблука, тоді як мільярди і мільярди бітів потрібні для того, щоб дати яблуку поживну цінність.

– Але, – запитав Ґелл-Манн, – чи існує математично точний спосіб кількісного визначення значущості біта?

– У мене немає готової розгорнутої відповіді на це питання, – відповів я, все ще тримаючи яблуко. – Значущість біта інформації залежить від того, яким чином обробляється інформація. Інформацію передають усі фізичні системи, і коли вони еволюціонують у часі, то трансформують і обробляють ту інформацію. Якщо електрон «тут» – це 0, то електрон «там» – 1, і коли електрон пересувається «звідси» «туди», він перевертає свій біт. Природна динаміка фізичної системи може вважатись обчисленням, у якому біт не лише передає 0 або 1, але й також є інструкцією: 0 може означати «роби це», а 1 – «роби те». Значущість біта залежить не лише від його цінності самої по собі, а й від того, яким чином ота цінність діє на інші біти впродовж тривалого часу в процесі обробки інформації, що утворює динамічну еволюцію Всесвіту.

Я продовжував визначати біти яблука та детально роз’яснювати роль, яку ті біти відіграють у процесах, що формують характеристики яблука. Все йшло добре. Я виконував завдання на тему «Все походить від біта» й успішно відповідав на численні питання. Принаймні мені так здавалося.

Коли я закінчив лекцію та зійшов з трибуни, хтось підскочив до мене ззаду. Одна особа в аудиторії серйозно сприйняла мою проблему з викраденням яблука. То був Дойн Фармер, високий чоловік атлетичної статури, один із засновників теорії хаосу. Він схопив мене за руки та змусив випустити яблуко. Щоб вирватися з його лещат, я штовхнув його до стіни. Зображення фракталів та фото індіанців попадали. Та звільнитися не вдалось, бо Фармер штовхнув мене додолу. Ми котилися по підлозі, перекидаючи стільці. А яблуко зникло. Перетворилося просто на біти.

Ця книжка – історія Всесвіту і біта. Всесвіт – це найбільше з усього, що існує в природі, а біт є найменшою частинкою інформації. Всесвіт створений з бітів. Кожна молекула, атом та елементарна частинка несуть біти інформації. Кожна взаємодія між цими часточками Всесвіту обробляє ту інформацію, змінюючи біти. Тобто Всесвіт обчислює, і оскільки він регулюється законами квантової механіки, він здійснює обчислення квантово-механічним чином; його біти – це квантові біти. Історія Всесвіту – це, по суті, величезне та безперервне квантове обчислення. А сам Всесвіт – це квантовий комп’ютер.