Квантовый лабиринт. Как Ричард Фейнман и Джон Уилер изменили время и реальность

Он был прирожденным актером.

Искусственные разумы

Фейнман был доволен, когда МТИ, его альма-матер, принял Карла на факультет компьютерных наук. Его самого интриговала проблема искусственного интеллекта, интересовали работы Фредкина и Минского (оба они работали в МТИ), так что Ричард думал, что его сын попал в хорошее место. Все время, пока Карл учился, интерес Фейнмана-старшего к вычислительной технике только рос.

В мае 1981 года Фейнман выступил с докладом «Моделирование физики с помощью компьютеров», в котором представил описание процесса квантового вычисления. Начал он свою речь с благодарностей Фредкину, которого он «винил» в том, что сам обратился к этой области. Затем, стартовав с концепции простых вычислительных систем, таких как клеточные автоматы, он объяснил, как классическая физика в ее детерминистической форме может быть смоделирована.

Прорыв в области обратимых вычислений, подчеркнул он, был ключом к такой симуляции, поскольку классическая физика обратима во времени.

Для недетерминистических систем вероятность может быть встроена в механизм, подобно тому, как она программируется на игровых автоматах в казино. Но для того чтобы создать реалистическую модель квантовых систем, недостаточно будет стандартных механизмов и обычных компьютеров. Воспроизведение странности квантовой механики потребует квантовых компьютеров, базирующихся на суперпозициях состояний.

Он предложил использование либо электронов с суперпозицией верхнего и нижнего спинов, либо фотонов с комбинацией поляризации по и против часовой стрелки в качестве бинарных элементов. Такие квантовые генерализации битов стали широко известны как «квантовые биты» или «кубиты». Термин часто приписывают Бенджамину Шумахеру, одному из учеников Уилера.

Квантовые биты могут быть собраны в решетки, во многом подобные квантовым автоматам, с каждой клеткой, взаимодействующей с ближайшими соседями в соответствии с правилами квантовой динамики. Такие устройства привели бы интеграл по траекториям в кибернетическую реальность, позволили бы переносить более широкий спектр информации до тех пор, пока измерение не сведет суперпозицию квантовых состояний в один из ее компонентов и будет получен окончательный результат. Вместо одной линейной траектории, ведущей к ответу, тут были бы испытаны все возможные пути, причем в один момент, что позволило бы сэкономить время. Это подобно лабиринту, где кусок сыра ищет множество крыс, и велики шансы, что они доберутся до цели очень быстро.

Удивительно, но сорок лет спустя после разработки интеграла по траекториям Фейнман смог найти новое применение для своего детища.

Он продолжал интересоваться, чем занимается в Массачусетсе его сын. В лаборатории искусственного интеллекта Минского Карл был вовлечен в разработку схем параллельных вычислений: набор процессоров, работающих в тандеме, чтобы быстрее и эффективнее выполнять вычисления.

В 1983 году Даниэль Хиллис, магистрант, трудившийся вместе с Фейнманом-младшим, решил основать компанию «Синкинг Машинс Корпорейшен», чтобы разрабатывать и производить компьютеры нового поколения, названные «машинами логических соединений», с миллионами параллельных процессоров в каждой. Карл привез Хиллиса в гости, чтобы познакомить с отцом, и хотя тот поначалу встретил идею скептически, потом он отнесся к ней лучше.

Хиллис был поражен Фейнманом-старшим (он в то время мог путешествовать), когда тот вызвался некоторое время поработать в зоне для стартапов в Бостоне. Бизнес отправился в «плавание», Карл занял в компании важное место, и через несколько лет Ричард с энтузиазмом докладывал: «Год назад я говорил тебе, что польза от большого числа запараллеленных компьютеров ограничена. Сейчас все сложнее и сложнее найти что-то такое, что они не в состоянии делать»¹³⁷.

Кубиты и суперструны

Все еще занимаясь теорией информации черной дыры, Уилер продолжал проповедовать веру «все из бита» любому, кто готов был слушать. Хотя он и Фейнман сосредоточились на одном и том же, на бинарных вычислениях, подход у них был разный. Джон был мечтателем, а Ричард – практиком, первый смотрел на звезды, на будущее и прошлое, а второй думал, как заставить работать вещи на Земле здесь и сейчас.

В 1985 году многие физики-теоретики были воодушевлены перспективой обобщения теорий гравитации и остальных взаимодействий, которую представила «теория суперструн». Ее разработали Майкл Грин из университета Лондона и Джон Шварц из Калтеха, опиравшиеся на идеи многих других исследователей.

Эта концепция содержала несколько необычных элементов.