Сет Ллойд - Программируя Вселенную. Квантовый компьютер и будущее науки

Идея о том, что проблема неразрешимости и проблема остановки связаны с проблемой свободной воли, предложена Тьюрингом в статье “Computing Machinery and Intelligence,” Mind (1950), 433–460. См. также K. R. Popper, “Indeterminism in Quantum Physics and Classical Physics,” British Journal for Philosophy of Science, Vol. 1 (1951), 179–188. Классическая статья на эту тему – J. R. Lucas, “Minds, Machines, and Godel,” Philosophy, Vol. 36 (1961), 112–127. Более современное исследование свободной воли – Elbow Room: The Varieties of Free Will Worth Wanting, by Daniel C. Dennett (MIT Press, 1984). Исследование о том, как вычислительная способность Вселенной влияет на нашу способность предсказывать ее поведение, можно найти в статье D. R. Wolpert, “Computational Capabilities of Physical Systems,” Physical Review E, Vol. 65, 016128 (2001) (arXiv/physics/0005058, physics/0005059).

Краткое изложение второго закона термодинамики и природы асимметрии времени можно найти в книге P. C. W. Davies, The Physics of Time Asymmetry (University of California Press, 1989). Имеется также сборник научных статей на эту тему – Physical Origins of Time Asymmetry, edited by J. J. Halliwell, J. Perez Mercader, and W. H. Zurek (Cambridge University Press, 1996). Многие из оригинальных работ о демоне Максвелла можно найти в книге Maxwell’s Demon 2: Entropy, Classical and Quantum Information, Computing, Harvey S. Leff, Andrew F. Rex (editors), Institute of Physics, 2003.

Многие из классических работ по квантовой механике собраны с комментариями в книге Quantum Theory and Measurement (ed. J. A. Wheeler and W. H. Zurek, Princeton University Press, 1983). Учебник по квантовой механике с акцентом на ее основных проблемах: Quantum Theory: Concepts and Methods by A. Peres (Springer, 1995). Подход к квантовой механике на основе декогерентных историй описан Робертом Гриффитсом в книге Consistent Quantum Theory (Cambridge, 2003). О том, как декогерентность и хаос втайне создают информацию, см. статью F. M. Cucchietti, D. A. R. Dalvit, J. P. Paz, W. H. Zurek, Physical Review Letters Vol. 91 (2003), p. 210403.

Введение в квантовую механику и квантовые вычисления можно найти в книге A Shortcut Through Time: The Path to the Quantum Computer by G. Johnson (Knopf, 2003). Стандартный учебник по квантовым компьютерам: Quantum Computation and Quantum Information by M. A. Nielsen and I. L. Chuang (Cambridge University Press, 2000).

Некоторые мои работы о физических ограничениях вычислений и вычислительной способности Вселенной можно найти в статьях “Universe as Quantum Computer,” Complexity Vol. 3 (1) (1997), 32–35 (arXiv/quantph/9912088); “Ultimate Physical Limits to Computation,” Nature Vol. 406 (2000), 1047–54 (arXiv/quantph/9908043); и “Computational Capacity of the Universe,” Physical Review Letters Vol. 88, 237901 (2002) (arXiv/quant-ph/0110141). Популярная работа о квантовой гравитации: Three Roads to Quantum Gravity by L. Smolin (Perseus Books, 2002). Техническая версия моей теории о том, что квантовая гравитация основана на квантовом вычислении: “The Computational Universe: Quantum Gravity from Quantum Computation,” arXiv/quant-ph/0501135.

Исследования сложности можно найти в книгах: The Quark and the Jaguar: Adventures in the Simple and Complex by Murray Gell-Mann (Freeman, 1995); Emergence: From Chaos to Order by John H. Holland (Perseus, 1999); и At Home in the Universe: The Search for Laws of Self-Organization and Complexity by Stuart Kauffman (Oxford, 1996). Анализ сложности Чарльза Беннетта и определение логической глубины можно найти в книгах “Dissipation, Information, Computational Complexity, Definition of Organization,” in Emerging Syntheses in Science, edited by D. Pines (Addison Wesley, 1987), и “Logical Depth and Physical Complexity,” in The Universal Turing Machine: A Half-Century Survey edited by R. Herken (Oxford, 1988), pp. 227–257. Дополнительное понятие термодинамической глубины описано в работе S. Lloyd and H. Pagels, “Complexity as Thermodynamic Depth,” Annals of Physics Vol. 188 (1988), 186–213.

Сет Ллойд – профессор механики Массачусетского технологического института, научный руководитель Исследовательской лаборатории электроники. Он также является адъюнкт-профессором Института Санта-Фе. Его работы связаны с проблемами, имеющими отношение к информации и сложным системам, от очень малых (как атомы обрабатывают информацию? как можно заставить их вычислить?) до очень больших (как общество обрабатывает информацию? как можно понять общество с точки зрения его способности обрабатывать информацию?).

Его оригинальные работы в области квантовых вычислений и квантовых коммуникаций, в том числе предложенный им первый технологически выполнимый проект квантового компьютера, демонстрация возможности аналоговых квантовых вычислений, доказательство квантового аналога теоремы Шеннона для канала с помехами, а также разработка новых методов квантовой коррекции ошибок и уменьшения шума, создали ему репутацию новатора и ведущего исследователя в области квантовых вычислений.

www.sethlloyd.com

В 2011 г. компания D-Wave Systems объявила о создании коммерческого компьютера со 128 кубитами. – Прим. ред.

Американская энергетическая корпорация, обанкротившаяся в декабре 2001 г. – Прим. ред.

Русский аналог – счеты. – Прим. ред.

Два разных алфавита в семибитный код ASCII уже не умещались. Стихийная адаптация его к требованиям других языков породила великое множество восьмибитных кодовых таблиц. – Прим. ред.

Льюис Кэрролл. Алиса в Зазеркалье. Пер. Н. М. Демуровой.

Mark I – первый американский программируемый компьютер на электромеханических элементах. Разработан и построен в 1941 г. на средства, выделенные компанией IBM. После успешного прохождения первых тестов в феврале 1944 г. компьютер был перенесен в Гарвардский университет и с мая выполнял расчеты в интересах Бюро судостроения ВМС США. – Прим. пер.

Прогресс не стоит на месте. Сейчас примерно такой объем имеет снимок в сжатом виде, например в формате jpeg, причем сделанный очень скромной камерой. Несжатый снимок будет в несколько раз «тяжелее». – Прим. ред.

Или примерно в два раза больше Московской области. – Прим. ред.

Нуль, разумеется, не является положительным числом. В то же время можно подобраться к нему сколь угодно близко, оставаясь на положительной части числовой прямой. – Прим. ред.

Лучше, конечно, попросить компьютер воспринимать их сразу как машинные коды. До победного пришествия Windows можно было бы, например, закрыть набранный обезьяной файл, поменять его расширение на.com и запустить на исполнение. Не проводите этот эксперимент самостоятельно, если вы не знаете компьютер и операционную систему в совершенстве! – Прим. ред.

Добавим, что компьютеру абсолютно не важно, запущен ли на исполнение файл monkey.com или файл hamlet.com. И то и другое в принципе может быть исполнено как инструкция и, скорее всего, с печальными для машины последствиями. – Прим. ред.

Из отечественных ученых можно было бы добавить в этот список Андрея Колмогорова и Владимира Котельникова. – Прим. ред.

Уменьшая энтропию и количество информации в сосуде, демон сам накачивается информацией. – Прим. ред.

Австрийский и нидерландский физик Пауль Эренфест был женат на математике Татьяне Афанасьевой из Киева. – Прим. ред.

Определить это очень легко: просто умножьте 450 000 знаков текста на пять или шесть бит на символ. – Прим. ред.