Дэвид Дойч - Структура реальности. Наука параллельных вселенных

Возможно, вам интересно, как мы сможем убедить своих партнеров из 10500 или около того вселенных начать работать над нашей задачей разложения на множители. Разве у них нет своих собственных задач, чтобы задействовать компьютеры? Нет – и нам не нужно их убеждать. Алгоритм Шора изначально действует только в наборе вселенных, идентичных друг другу, и вызывает в них отличия только в пределах устройства разложения на множители. Поэтому мы, указавшие число, которое нужно разложить на множители, и ждущие ответа, идентичны во всех интерферирующих вселенных. Несомненно, существует много других вселенных, в которых мы задали другие числа или вообще не построили устройства разложения на множители. Но эти вселенные отличаются от нашей слишком большим количеством переменных – или, точнее, переменными, которые не настроены для правильного взаимодействия посредством запрограммированного алгоритма Шора, – и потому они не интерферируют с нашей Вселенной.

Рассуждения, приведенные в главе 2, будучи применены к любому явлению интерференции, разрушают классическую идею о единственности Вселенной. Логически возможность сложных квантовых вычислений ничего не добавляет к вопросу, на который уже нельзя ответить иначе. Но эта возможность оказывает дополнительное психологическое влияние. Алгоритм Шора очень сильно повышает убедительность этих рассуждений. Для тех, кто все еще склонен считать, что существует лишь одна Вселенная, я предлагаю следующий вызов: объясните, как работает алгоритм Шора. Я имею в виду не предсказание, каковы будут результаты его работы, поскольку для этого достаточно решить несколько непротиворечивых уравнений. Я прошу вас дать объяснение. Когда алгоритм Шора разлагает на множители число, задействовав примерно в 10500 больше вычислительных ресурсов, чем те, что можно увидеть воочию, – где же это число раскладывается на множители?

Во всей видимой Вселенной существует всего около 1080 атомов – число ничтожно малое по сравнению с 10500. Таким образом, если бы видимая Вселенная была пространством физической реальности, физическая реальность даже отдаленно не содержала бы ресурсов, достаточных для разложения на множители такого большого числа. Кто же тогда разложил его на множители? Как и где выполнялись вычисления?

Я говорил о традиционных типах математических задач, которые квантовые компьютеры смогли бы выполнить быстрее существующих машин. Но для квантовых компьютеров открыт и дополнительный класс новых задач, которые ни один классический компьютер не способен решить вообще. По странному совпадению, одна из первых найденных задач такого типа также была связана с криптографией с открытым ключом. На этот раз она состояла не во «взломе» существующей системы, а в реализации новой абсолютно надежной системы квантовой криптографии . В 1989 году в компании IBM Research в Йорктаун-Хайтс, штат Нью-Йорк, в кабинете теоретика Чарльза Беннетта был построен первый рабочий квантовый компьютер. Это был специализированный квантовый компьютер, состоящий из двух квантовых криптографических устройств, спроектированных Беннеттом и Жиллем Брассаром из Университета Монреаля. Этот компьютер стал первой машиной, выполнившей нетривиальные вычисления, которые не смогла бы выполнить ни одна машина Тьюринга.

В квантовой криптосистеме Беннетта и Брассара послания кодируются состояниями отдельных фотонов, испускаемых лазером. Несмотря на то что для передачи сообщения необходимо много фотонов (один фотон на бит и намного больше фотонов, которые теряются на всевозможные неэффективности), такие машины можно построить, используя существующую технологию, потому что для выполнения своих квантовых вычислений им необходим только один фотон в каждый момент времени. Надежность системы основана не на труднорешаемости, как классической, так и квантовой, а непосредственно на свойствах квантовой интерференции: именно она дает этой системе абсолютную надежность, которую невозможно обеспечить с помощью классических методов. Никакой объем будущих вычислений ни на каком компьютере через миллионы или триллионы лет не поможет тому, кто хотел бы подслушать послания, закодированные квантовым методом, потому что если кто-либо общается через среду, проявляющую интерференцию, то он сможет обнаружить подслушивающих его людей. В соответствии с классической физикой ничто не может помешать подслушивающему, который имеет физический доступ к среде связи, например, к телефонной линии, установить пассивное подслушивающее устройство. Но, как я уже объяснил, если кто-либо осуществляет любое измерение квантовой системы, он изменяет ее последующие интерференционные свойства. На этом явлении и основан протокол связи. Связывающиеся стороны, по сути, ставят повторяющиеся эксперименты по интерференции, согласуя их через общедоступный канал связи. Только когда интерференция пройдет проверку на отсутствие подслушивающих, они переходят к следующей стадии протокола, состоящей в том, чтобы использовать некоторую часть переданной информации в качестве криптографического ключа. В худшем случае упорный шпион может совсем не дать коммуникации состояться (хотя, безусловно, этого проще достичь, перерезав телефонный кабель). Но что касается чтения сообщения, это может сделать только получатель, для которого оно предназначено, и гарантией тому являются законы физики.