Дэвид Дойч - Структура реальности. Наука параллельных вселенных

Поскольку квантовая криптография зависит от манипулирования отдельными фотонами, она подвержена существенным ограничениям. Каждый последовательно получаемый фотон, переносящий один бит сообщения, должен быть каким-то образом передан невредимым от отправителя к получателю. Но любой метод передачи связан с потерями, и если они слишком большие, послание никогда не дойдет до своего адресата. Установка ретрансляционных станций (стандартная мера для устранения этой проблемы в существующих системах связи) подвергла бы риску секретность, потому что подслушивающий мог бы наблюдать за тем, что происходит внутри ретрансляционной станции, не будучи обнаруженным. Лучшие из существующих квантово-криптографических систем используют оптико-волоконные кабели и имеют дальность около десяти километров. Этого было бы достаточно, чтобы обеспечить, скажем, экономический центр города абсолютно надежной внутренней связью. Возможно, недалеки и коммерческие системы, но чтобы решить проблему криптографии с открытым ключом в общем случае (скажем, для глобальной связи), необходимы дальнейшие шаги в квантовой криптографии [42]. Экспериментальные и теоретические исследования в области квантовых вычислений набирают темп во всем мире. Предлагают все более перспективные новые технологии реализации квантовых компьютеров и постоянно открывают и анализируют новые типы квантовых вычислений с различными преимуществами перед классическими вычислениями. Я считаю эти разработки совершенно захватывающими и думаю, что некоторые из них принесут технологические плоды. Но для этой книги данный вопрос стал бы отклонением от темы. С фундаментальной точки зрения не имеет значения, насколько полезными окажутся квантовые вычисления, как не имеет значения и то, построим ли мы первый универсальный квантовый компьютер на следующей неделе, через века или не построим его никогда. В любом случае квантовая теория вычислений должна стать неотъемлемой частью мировоззрения всякого, кто ищет фундаментального понимания реальности. То, что квантовые компьютеры говорят нам о связи между законами физики, универсальностью и, казалось бы, не связанными нитями объяснения в структуре реальности, мы можем обнаружить – и уже обнаруживаем, – изучая их теоретически.

Квантовые вычисления – вычисления, которые требуют квантово-механических процессов, особенно интерференции. Другими словами, вычисления, которые осуществляются в сотрудничестве с параллельными вселенными.

Экспоненциальные вычисления – вычисления, требования которых к ресурсам (например, необходимому времени) увеличиваются примерно в одинаковое число раз при добавлении к вводимому числа каждого дополнительного разряда.

Легко– и труднорешаемый (приближенное объяснение) – вычислительная задача считается легкорешаемой, если ресурсы, необходимые для ее выполнения, не увеличиваются экспоненциально с ростом количества разрядов вводимого числа.

Хаос – неустойчивость движения большинства классических систем. Небольшая разница между двумя начальными состояниями порождает экспоненциально растущие отклонения двух результирующих траекторий. Однако реальность подчиняется не классической, а квантовой физике. Непредсказуемость, вызванная хаосом, в общем случае тонет в квантовой неопределенности, вызванной тем, что идентичные вселенные становятся различными.

Универсальный квантовый компьютер – компьютер, способный выполнить любое вычисление, которое способен выполнить любой другой квантовый компьютер, и создать любую конечную физически возможную среду в виртуальной реальности.

Квантовая криптография – любая форма криптографии, которую можно реализовать на квантовых компьютерах, но невозможно на классических.

Специализированный квантовый компьютер – квантовый компьютер, например, квантовое криптографическое устройство или квантовое устройство разложения на множители, который не является универсальным квантовым компьютером.

Декогеренция – если различные ветви квантового вычисления в различных вселенных по-разному воздействуют на среду, интерференция уменьшается, а вычисление может не получиться. Декогеренция – это главное препятствие для практической реализации более мощных квантовых компьютеров.

Законы физики допускают существование компьютеров, способных воспроизвести любую физически возможную среду, не используя непрактично больших ресурсов. Таким образом, универсальные вычисления не просто возможны, как этого требует принцип Тьюринга, они также относятся к классу легкорешаемых. Квантовые явления могут включать огромное множество параллельных вселенных, а потому могут не поддаваться эффективному моделированию в пределах одной вселенной. Тем не менее эта сильная форма универсальности по-прежнему сохраняется, поскольку квантовые компьютеры способны эффективно воспроизводить любую физически возможную квантовую среду, даже когда взаимодействует огромное множество вселенных. Квантовые компьютеры также могут эффективно решать определенные математические задачи, например, разложение на множители, которые с классических позиций являются трудноразрешимыми, а также реализовывать невозможные в классике разновидности криптографии. Квантовые вычисления – это качественно новый способ покорения природы.