Наша Вселенная может быть квантовым компьютером
Эдвард Фредкин родился в 1934 году в Калифорнии, в 1953-м поступил на военную службу, стал летчиком ВВС США, затем занимался вопросами применения компьютеров для обработки данных радионаблюдений. После ухода в отставку работал в ИТ-компании Bolt Beranek & Newman, впоследствии ставшей Raytheon. Там он принимал участие в разработке ИИ. Затем основал собственную компанию Information International, специализирующуюся на обработке изображений. И стал профессором MIT несмотря на то, что не имел диплома об окончании школы. Умер Фредкин в июне этого года.
Работая с другим ученым, Томасом Тоффоли, Фредкин разработал обратимый логический вентиль, который в то время казался всего лишь курьезом. Фредкин считал, что такая схема может привести к появлению более эффективных компьютеров с меньшей потерей тепла, но реализовать вентиль в классических компьютерах не было возможности. Тогда он предположил, что вместо того чтобы моделировать квантовые феномены на цифровых компьютерах, было бы лучше использовать физические системы, проявляющие квантовое поведение.
По словам Сета Ллойда из MIT, создателя первого практического образца квантового компьютера в 1993 году, обратимые вычисления «были необходимой предпосылкой для рождения квантовых компьютеров».
В 1982 году Фредким и Тоффоли начали развивать свою идею обратимых вычислений в другом направлении. Они начали с аналогии: представьте себе, что математические вычисления воплощены в полностью обратимых взаимодействиях биллиардных шаров на столе (при условии, что движение шаров происходит без трения). Это сравнение выросло из идеи Тоффоли, что концепции вычисления лучше описывают физику, чем дифференциальные уравнения, которые обычно используют для описания движения и заряда, https://www.nature.com/articles/d41586-023-02646-x Nature.
Фредкин пошел еще дальше, заявив, что всю Вселенную можно считать своего рода компьютером. По его мнению, это «клеточный автоматон»: набор вычислительных битов, или клеток, которые меняют состояния в соответствии с набором правил, определяемых состояниями клеток вокруг них. Со временем эти простые правила могли породить весь космос во всей его сложности – и даже жизнь. Так появилась его теория «цифровой физики» или «цифровой философии».
Согласно теории «цифровой физики», Вселенная может быть описана как компьютерная программа, работающая на некотором аппаратном устройстве. Фредкин считал, что материя и энергия являются всего лишь информационными состояниями, а фундаментальные законы физики могут быть выражены в терминах информационных операций.
Пока одни продолжали развивать классическую версию этой теории, другие сочли, что для представления Вселенной во всей ее сложности традиционной вычислительной модели мало. Но если заменить правила цифровой физики Фредкина на квантовые, множество проблем исчезнет. В частности, эти идеи описал Ллойд в серии статей в 90-х и в книге «Программируя Вселенную» 2006 года. В ней автор сообщает, каким образом правила квантовых вычислений могли бы стоять за появлением известных нам законов физики: теории элементарных частиц, стандартной модели физики частиц и даже квантовой теории гравитации.
В то время, когда эта мысль Фредкина прозвучала впервые, она казалась бунтарской, то теперь она не вызывает прежнего удивления. Тем не менее, она отличается от идеи мира как компьютерной https://hightech.plus/2019/04/11/c-bolshoi-veroyatnostyu-mi-..., которую пропагандирует шведский философ Ник Бостром. По его https://hightech.plus/2019/02/07/nik-bostrom-izbranie-trampa..., Вселенная была создана по воле некоего высшего разума или инопланетных программистов, возможно, ради какого-то эксперимента или даже игры. С точки зрения Ллойда, все условия и законы вычислительной Вселенной возникали естественным путем, без высшего разума.
По мнению Ллойда, именно отсутствие стандартного образования в области физики позволило Фредкину прийти к таким необычным взглядам. «Думаю, если бы у него было более традиционное образование, если бы он прошел через систему степеней и стандартных курсов физики, может, его труды были бы не такими интересными», - заявил Ллойд.