Шесть невозможностей. Загадки квантового мира
Силу этой интерпретации начали признавать даже те, кто не был готов полностью ее поддержать. Джон Белл отметил, что «люди, конечно, множатся вместе с мирами, и обитатели какой-то конкретной его ветви должны ощущать только то, что происходит в этой ветви», и с неохотой признал, что в этой идее, возможно, что-то есть:
«Многомировая интерпретация» кажется мне экстравагантной – и в первую очередь экстравагантно неопределенной гипотезой. Я почти готов отбросить ее как нелепую. И все же… Возможно, ей есть что сказать в связи с парадоксом Эйнштейна – Подольского – Розена, и, как мне кажется, стоило бы сформулировать некую строгую ее версию и посмотреть, действительно ли это так. К тому же существование вероятных миров, возможно, позволило бы нам спокойнее относиться к существованию нашего собственного мира… который в некоторых отношениях представляется весьма маловероятным [13].
Строгая версия ММИ появилась благодаря Дэвиду Дойчу из Оксфорда. По сути, она подвела прочную основу под версию Шрёдингера, хотя Дойч не знал о ней, формулируя свою интерпретацию. В 1970-х Дойч работал с Девиттом, а в 1977 г. на организованной последним конференции встретился с Эвереттом – это был единственный раз, когда Эверетт представлял свои идеи перед большой аудиторией. Убежденный в том, что ММИ – верный способ понимания квантового мира, Дойч стал пионером в области квантовых вычислений – не потому, что интересовался компьютерами, а поскольку верил, что создание квантового компьютера докажет реальность ММИ.
И здесь мы вновь возвращаемся к варианту мысленного эксперимента с «котом Шрёдингера». По мнению Эверетта, до момента срабатывания адской машины существует один-единственный кот, а после этого вся Вселенная расщепляется надвое. Аналогичным образом, как указывал Девитт, произвольный электрон в далекой галактике, столкнувшись с выбором из двух (или более) квантовых траекторий, вызывает расщепление всей Вселенной, включая и нас с вами. Вариант Дойча – Шрёдингера предполагает бесконечное разнообразие вселенных, соответствующих всем возможным решениям квантовой волновой функции (так называемую Мультивселенную). Так в эксперименте с котом существует множество идентичных вселенных, в которых идентичные экспериментаторы строят идентичные адские машины. Эти вселенные остаются идентичными ровно до того момента, когда машина сработает. После этого в некоторых вселенных кот умирает, в некоторых продолжает жить, и то же происходит в последующих историях.
Параллельные миры ни при каких условиях не могут связываться друг с другом. Или все же могут?
Дэвид Дойч
robert wallis/Corbis via Getty Images
Дойч утверждает, что, когда две или более идентичных прежде вселенных под действием квантовых процессов вынужденно, как в эксперименте с двумя отверстиями, становятся различными, между ними на время возникает интерференция (с развитием вселенных она подавляется). Именно это взаимодействие вызывает наблюдаемые результаты экспериментов. Мечта Дойча – увидеть работающий квантовый компьютер, который будет отслеживать некоторое квантовое явление с участием интерференции, происходящее внутри его «мозга». Дойч утверждает, что разумный квантовый компьютер будет способен помнить опыт временного существования в параллельных реальностях. Конечно, этому проекту еще очень далеко до воплощения, но у Дойча имеется и гораздо более простое «доказательство» существования Мультивселенной.
Качественное отличие квантового компьютера в том, что «ключи» внутри него находятся в суперпозиции состояний. Традиционный компьютер состоит из набора ключей (компонентов электрических схем), которые либо включены, либо выключены, что соответствует цифрам 1 и 0. Это позволяет производить вычисления, манипулируя строками чисел в двоичном коде. Каждый ключ называется битом, и чем больше в нашем распоряжении имеется битов, тем мощнее компьютер. Восемь бит составляют байт, и сегодня компьютерная память измеряется в миллиардах байтов – гигабайтах (Гбайт). Строго говоря, поскольку мы работаем в двоичном коде, гигабайт равняется 230 байт, но на это обычно не обращают внимания. А вот в квантовом компьютере каждый ключ представляет собой объект, который может находиться в суперпозиции состояний. Как правило, это атом, но, в принципе, можно считать, что это электрон, спин которого может быть положительным или отрицательным. Различие в том, что в суперпозиции электрон обладает одновременно положительным и отрицательным спином – представляет собой и 0 и 1. Каждый ключ здесь называется кубитом.
Благодаря этому квантовому свойству каждый кубит эквивалентен двум битам. На первый взгляд не особенно впечатляет, но на самом деле это существенно. Так, если у вас есть три кубита, их можно организовать восемью способами: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111. Суперпозиция включает в себя все эти варианты. Таким образом, три кубита эквивалентны не шести битам (2 × 3), а восьми (23). Эквивалентное число бит всегда равно двум в степени числа кубитов. Всего лишь 10 кубитов были бы эквивалентны 210 бит, то есть, строго говоря, 1024, но обычно это число называют килобитом. Подобные геометрические прогрессии очень быстро растут и уходят в бесконечность. Компьютер всего с 300 кубитами был бы эквивалентен традиционному компьютеру с числом бит, превышающим число атомов в наблюдаемой Вселенной. Но как бы такой компьютер мог проводить вычисления? Вопрос этот стал весьма насущным, поскольку первые простые квантовые компьютеры, включающие по нескольку кубитов, уже построены и продемонстрировали работу в соответствии с ожиданиями. Они на самом деле оказались мощнее, чем традиционные компьютеры с тем же числом битов.
Ответ Дойча состоит в том, что вычисления производятся одновременно на идентичных компьютерах в каждой из параллельных вселенных, соответствующих нашим суперпозициям. Для трехкубитного компьютера это означает восемь суперпозиций компьютерщиков, работающих над одной и той же задачей с использованием идентичных компьютеров для получения ответа. Неудивительно, что они должны «сотрудничать» таким образом, поскольку все экспериментаторы идентичны и имеют идентичные причины заниматься одной и той же задачей. Это не слишком трудно себе представить. Но если мы построим 300-кубитную машину – а это, безусловно, когда-нибудь произойдет, – то, если Дойч прав, мы получим при этом «коллаборацию» между громадным числом вселенных, превышающим число атомов в нашей видимой Вселенной. Возникает вопрос: не слишком ли велика получается метафизическая нагрузка? Ответ каждый выбирает сам. Но если вы считаете, что слишком, то вам придется как-то иначе объяснять, почему работают квантовые компьютеры.
Большинство специалистов по квантовым компьютерам предпочитает не задумываться об этих вопросах. Но существует группа ученых, которые привыкли ежедневно перед завтраком думать даже больше чем о шести невозможных вещах, и эта группа – космологи. Некоторые из них приняли многомировую интерпретацию как лучший способ объяснить само существование Вселенной.
