211service.com
Frågor och svar: Seth Lloyd
Seth Lloyd, professor i maskinteknik vid MIT, är bland pionjärerna inom kvantberäkning: han föreslog den första tekniskt genomförbara designen för en kvantdator. Om människor någonsin bygger en användbar kvantdator för allmänt bruk, kommer den att vara skyldig Lloyd mycket. Tidigare i år publicerade han en populär introduktion till kvantteori och beräkningar, med titeln Programmera universum , som förde fram den häpnadsväckande tesen att universum är sig en kvantdator.
Kredit: Ed Quinn
Teknikrecension: I din nya bok är du beundransvärt tydlig: du skriver, Universum är omöjlig att skilja från en kvantdator. Hur kan det vara sant?
Den här historien var en del av vårt julinummer 2006
- Se resten av frågan
- Prenumerera
Seth Lloyd: Jag vet att det låter galet. Jag känner ursäkt när jag säger det. Och folk som har recenserat boken tar den som en metafor. Men så är det faktiskt. Vi kunde inte bygga kvantdatorer om inte universum var kvant och datoranvändning. Vi kan bygga sådana maskiner eftersom universum lagrar och bearbetar information i kvantvärlden. När vi bygger kvantdatorer kapar vi den underliggande beräkningen för att få den att göra saker vi vill: få och/eller/inte beräkningar. Vi hackar oss in i universum.
TR: Dina kritiker kan förlåtas för att de tror att du skrev metaforiskt. Under alla tider har forskare liknat universum med den mest komplicerade teknik de kände till. Newton trodde att universum var som en klocka.
SL: Du kan vara mer rak: Lloyd bygger kvantdatorer; därför tror Lloyd att universum är en kvantdator. Men jag tycker att det är orättvist.
TR: Du tror på det berömt från bit: det vill säga att information är en fysisk egenskap hos universum, och den informationen genererar mer komplex information – och med den, hela den fenomenala världen.
SL: Föreställ dig elektronen, som en vanlig dator använder för att lagra data. Hur kan den ha information kopplad till sig? Elektronen kan vara antingen här eller där. Så det registrerar lite information, en av två möjligheter: på eller av.
TR: Visst, men hur blir mängden information öka ?
SL: Om du letar efter platser där fysikens lagar tillåter att information injiceras i universum, måste du titta på kvantmekaniken. Kvantmekaniken har en process som kallas dekoherens – som till exempel sker under mätning. En qubit [eller kvantbit] som konstigt nog var båda här och det är plötsligt här eller där. Information har lagts till i universum.
TR: Och varför tenderar universum till komplexitet?
SL: Denna föreställning om universum som en gigantisk kvantdator ger dig något nytt och viktigt som du inte får från fysikens vanliga lagar. Om du ser tillbaka 13,8 miljarder år till universums början, var det ursprungliga tillståndet extremt enkelt, det krävde bara några få bitar för att beskriva. Men jag ser på ditt bord en invecklad, mycket vacker orkidé – där fan kom all den komplexa informationen ifrån? Fysikens lagar är tysta i denna fråga. De har ingen förklaring. De kodar inte för någon längtan efter komplexitet.
TR: [Helt förvirrad] Hmmm…
SL: Kan universum ha uppstått ur total slumpmässighet? Nej. Om vi föreställer oss att varje elementarpartikel var en apa som skrev sedan tiden började med den maximala hastighet som fysikens lagar tillåter, den längsta sträckan av Liten by som kunde ha genererats är något i stil med Att vara eller inte vara, det vill säga – . Men föreställ dig apor som skriver på datorer som känner igen det slumpmässiga skrattet som ett program. Algoritmisk informationsteori visar att det finns korta, slumpmässiga program som kan få en dator att skriva ner alla fysikens lagar. Så för att universum ska vara komplext behöver du slumpmässig generering, och du behöver något för att bearbeta den informationen enligt några enkla regler: med andra ord, en kvantdator.
TR: Mer praktiskt: hur långt är vi från allmänt använda, kommersiella tillämpningar av kvantberäkning?
SL: Idag är den största kvantdatorn för allmänna ändamål bara ett dussin bitar. Så vi är åtminstone ett eller två decennier bort. Men vi har redan byggt kvantdatorer som simulerar andra kvantsystem: du kan kalla dem kvantum analog datorer. Dessa små maskiner kan utföra beräkningar som skulle kräva en vanlig dator större än universum.
TR: Vad är nästa stora sak som behöver göras inom kvantberäkning?
SL: Från en tekno-nörd, experimentalistisk synvinkel, är det pacifieringen av den mikroskopiska, kvantvärlden. Det är vilda västern där nere.
TR: Programmera universum avslutas med en personlig kommentar. Du beskriver hur din vän Heinz Pagels, en känd fysiker, föll till sin död när han vandrade med dig i Colorado. Du finner en viss tröst i din teori om universell kvantberäkning: Men vi har inte helt förlorat honom. Medan han levde programmerade Heinz sin egen del av universum. Den resulterande beräkningen utspelar sig i oss och omkring oss...
SL: Tja, det är en ganska dålig tröst när någon du älskar är död. Men det är en sannare tröst än tanken på att du en dag kan träffa honom i himlen.