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

Оскільки генетична інформація передається в спадок, то це відбувається шляхом природного добору. Гени та механізми їх копіювання й розмноження є ключовою технологією обробки інформації життя. Тож не дивно, що загальна кількість генетичної інформації, яку обробляють живі організми, перевершує кількість інформації, яку обробляють комп’ютери, створені людиною; і так буде ще доволі довгий час.

Без сумніву, життя – це грандіозна річ. Яка революція може перевершити походження життя в потужності та красі? Але насправді ще раніше була революція в обробці інформації, наслідки якої охопили все. Споконвічним процесором – обробником інформації – є сам Всесвіт. Кожен атом, кожна елементарна частинка передає інформацію. Кожне зіткнення між атомами, кожна динамічна зміна у Всесвіті, хоч яка мала, обробляє ту інформацію систематично.

Ця здатність Всесвіту до обчислення лежить в основі всіх подальших революцій в обробці інформації. Коли фізична система має здатність обробляти інформацію на рудиментарному рівні, виконуючи прості операції по кілька бітів за один раз, довільним чином ускладнені форми обробки інформації можуть бути побудовані на цих базових операціях. Закони фізики забезпечують просту обробку інформації на квантово-механічному рівні: одна частинка, один біт; одне зіткнення, один «оп». Складні форми обробки інформації, які ми бачимо навколо себе: життя, розмноження, мова, суспільство, відеоігри – усі походять від простих операцій, що регулюються законами фізики та виконуються на кількох квантових бітах за раз. Кожна революція в обробці інформації пов’язана з технологією: комп’ютер, книжка, мозок, ДНК. Ці технології забезпечують реєстрацію та обробку інформації відповідно до набору правил. А яка технологія пов’язана, скажімо, з обробкою інформації про Великий вибух? Яка машина обробляє інформацію у Всесвіті-обчислювачі? Щоб побачити цю всесвітню технологію обробки інформації в дії, людині необхідно лише розкрити очі й роззирнутися довкола. Машина, яка виконує «всесвітнє» обчислення, – це і є Всесвіт.

Я почав першу зустріч мого випускного курсу МТІ з інформації так, як зазвичай починаю всі свої курси лекцій:

– По-перше, – сказав я, звертаючись до двадцятьох студентів, – ви ставите питання, я пробую на них відповісти. По-друге: якщо ви не ставите питань, то їх ставитиму вам я. По-третє: якщо ви не відповісте на мої питання, я вам розповім те, що ви, на мою думку, маєте знати. Є питання?

Я чекав. Відповіді не було.

Щось не так. Зазвичай студенти МТІ дуже радіють можливості спробувати спантеличити професора, особливо якщо альтернативою є спроба професора спантеличити їх.

Я перейшов до пункту другого:

– Немає питань? Тоді ось вам одне. Що таке інформація?

А у відповідь – тиша. То вже було навіть гірше. Ці студенти з першого курсу по зав’язку набивали себе інформацією. Якщо вони не вивергнуть із себе якусь її частку, я муситиму вдатися до пункту третього.

– Гаразд. Тоді так. Що таке одиниця інформації?

Тут аудиторія зреагувала одразу:

– Біт!

Про що ж свідчить відповідь моїх студентів або її відсутність? Про те, що визначити кількість інформації значно простіше, ніж сказати, що таке інформація. І взагалі часто простіше відповісти на питання «Скільки?», ніж на «Що таке…?». Що таке енергія? Що таке гроші? Це важкі питання. Скільки енергії потрібно, щоб..? Скільки грошей треба, щоб..? Ці питання мають точні та доступні відповіді.

– Що таке біт? – спитав я.

Тепер відповіді посипалися швидко та навперебій:

– 0 або 1!

– Орел чи решка!

– Так або ні!

– Правда чи брехня!

– Вибір між двома альтернативами!

Усі ці відповіді були правильні. Слово «біт» означає binary digit – двійкова цифра. Двійкова – це та, що складається з двох частин; а біт подає одну з цих двох альтернатив. Традиційно ці альтернативи відомі як 0 і 1, але будь-які дві відмінні альтернативи (гаряче/холодне, чорне/біле, всередині/зовні) означають біт.

Біт – найменша одиниця інформації. Підкидання монетки видає один біт: орел або решка. Два біти передають значно більший фрагмент інформації. Підкидання двох монеток видає один із чотирьох (двічі по два) результатів альтернативних рішень: орел-орел, орел-решка, решка-орел, решка-решка. Аналогічно підкидання трьох монеток видає один із восьми (двічі по двічі по два) варіантів.

Як бачите навіть із цих кількох результатів, коли ви продовжуєте підкидати монетки, кількість загальних альтернатив – загальна можлива кількість результатів рядів підкидань – зростає швидко. Фактично з кожним наступним підкиданням (пам’ятайте: кожне підкидання видає один біт) кількість загальних альтернатив подвоюється. Тож, щоб підрахувати кількість результатів альтернативних рішень у даній ситуації, ви просто підносите два до степеня, що дорівнює кількості бітів. Наприклад, десять бітів дають два в десятому степені, або 1024 альтернативи (2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2 = 2 10= 1,024 ≈ 10 3).