Страница 11 из 16
Квантовые компьютеры, в отличие от классических, созданных по классическим законам физики, могут с молниеносной быстротой решать задачи случайного порядка, практически недоступные обычному компьютеру.
В классических компьютерах единицей измерения информации является бит. Он может принимать только два значения (в двоичной системе счисления это «0» и «1»). Биты, в конкретный момент времени находятся только в одном состоянии.
В квантовых компьютерах информация зашифрована в кубитах (приставка «ку» происходит от английского слова quantum – квант), и количество возможных состояний компьютера – число 2 в той степени, сколько заложено в нём кубитов. Если, например, кубитов 100, квантовый компьютер находится одновременно в 2100 состояниях, а это больше, чем атомов во Вселенной. При этом он работает параллельно сразу на всех этих уровнях. Профессор Лю Чаоян, один из руководителей разработки квантовых компьютеров в Китае, заметил, что создание квантового компьютера – это гонка не между странами, а между человечеством и Природой.
В 1919 году Google объявила о том, что её квантовый компьютер (с 53-кубитовым процессором) за 3 минуты 20 секунд выполнил расчёт, на который самому мощному в мире суперкомпьютеру «Саммиту» от американской компании IBM понадобилось бы примерно 10 тысяч лет. Но здесь следует иметь в виду, что квантовый компьютер решал задачу не с практическим содержанием, а искусственно созданную на перебор случайных чисел[36].
Неразрешимые проблемы, касающиеся понимания основ квантовой механики, на наш взгляд, связаны с игнорированием информационных свойств Вселенной. Принцип соответствия, впервые озвученный Нильсом Бором, в некоторой мере позволяет объяснить необычное поведение частиц в микромире. Он показывает, что в Природе нет явных границ как между явлениями, так и между теоретическими описаниями природных явлений. Нам неизвестно, где прекращается действие квантового мира и начинается действие макроскопического мира, в котором все объекты имеют свойства. На этот вопрос ни квантовая механика, ни классическая физика ответа не даёт.
По-видимому, принцип соответствия указывает на то, что квантовый мир – это зона между информационным и материальным мирами. И в этой области, соприкасающейся одновременно с двумя разными мирами, мы наблюдаем проявление как материальных, так и информационных свойств Вселенной.
В теоретической физике квантовый мир представлен квантово-полевыми объектами. В современном представлении поле – безграничная и непрерывная динамическая физическая реальность, ответственная за взаимодействие объектов. С полями неразрывно связаны кванты. Они существуют только при наличии полей и представляют волны локального изменения напряжённости, распространяющиеся по соответствующим полям и состоящие из движения. Кванты полей переносят взаимодействия и обладают энергией. Гипотетически можно предположить, что благодаря такой особенности, поля могут выполнять роль посредников между информационным и материальным мирами.
Как известно, для хранения информации не требуется источник энергии. Такое отличительное свойство информации позволяет хранить её на любом, в том числе и нематериальном носителе. При этом на одном носителе могут быть расположены различные информационные программы.
Простейшим примером служит всем известный радиоприёмник. В передающем устройстве на определённой несущей частоте записывается информация в виде звуковых частот и в таком виде распространяется по эфиру. Антенна радиоприёмника улавливает модулированные звуковой частотой высокочастотные сигналы, и после обработки радиоприёмником информация воспроизводится в заданной форме.
В настоящее время не существует ясного представления, что есть информация в широком смысле слова. Сущность информации, с нашей точки зрения, наиболее точно охарактеризовал основоположник кибернетики Норберт Винер: «… информация есть информация, а не материя и не энергия. Тот материализм, который не признаёт этого, не может считаться жизнеспособным в настоящее время»[37].
Одним из удивительных свойств информации является то, что, будучи нематериальной, она может влиять на энергетические процессы. Проиллюстрируем это примером.
Представим систему: Источник информации – Информация – Биологический усилитель – Атомная бомба. Предположим, что оператор, который в рассматриваемой системе является биологическим усилителем, по команде: «Уничтожить объект!» нажимает кнопку и приводит в действие взрывное устройство атомной бомбы.
Сопоставив нулевую энергию информации, поступившую на вход биологического усилителя, и усилие мускулов, необходимое, чтобы привести в действие взрывное устройство на выходе, можно утверждать, что биологический усилитель имеет бесконечный коэффициент усиления (энергию носителя информации мы не учитываем, поскольку в рассматриваемом примере она не оказывает никакого влияния на действия оператора). Предположение, что живая система представляет собой биологический усилитель с гигантским коэффициентом усиления, впервые выдвинул немецкий физик и математик Паскуаль Йордан.
В рассматриваемом усилителе можно выделить два каскада усиления. В первом каскаде нейроны мозга, получив извне информацию, сформировали на выходе сигнал, обладающий определённой энергией. Поскольку сама информация не обладает энергией, первый каскад усиления имеет бесконечно большую величину. Рассматривая второй каскад усиления, мы видим, что на его вход подаётся энергетический импульс, и его коэффициент усиления имеет конечное и вполне определённое значение.
В первом каскаде биологического усилителя информация, поступившая на вход, привела к образованию на выходе энергии. В данном примере энергия из ничего не возникла – закон сохранения энергии как бы не нарушен. Но рассматриваемый информационно-энергетический процесс не вписывается в классическую физику, поскольку начало нестабильности в системе положила нематериальная сущность – информация.
Представим, что во Вселенной имеется определённая структурированная информация, записанная на нематериальном носителе – геометрии пространства. Информация и геометрия пространства не обладают энергией. Также существует космический информационный усилитель, похожий на биологический, но не требующий использования известных физике источников энергии, а его вход рассчитан на приём информации с геометрии пространства.
При поступлении структурированной информации на вход такого информационного усилителя на выходе появится энергия:
Е=к·Еи,
где Е – энергия на выходе информационного усилителя;
к – коэффициент усиления информационного усилителя (равен бесконечности);
Еи – энергия, поступившая на вход информационного усилителя (равна нулю).
Уравнение представляет собой математическую неопределённость в виде произведения бесконечно малой величины на бесконечно большую величину. Данная неопределённость, в зависимости от начальных условий, может принять любое значение от нуля до бесконечности. В таком случае не возникает ли теоретическая возможность с помощью нематериальной сущности получать неограниченное количество энергии?
Рассмотрим с информационной стороны процесс образование атомного ядра. Известно, что в атомном ядре нуклоны проявляют свойства, которые отсутствовали у них в свободном состоянии, – между нуклонами начинают действовать специфические ядерные силы. Полного представления о ядерных силах у учёных до настоящего времени нет. Из-за огромной сложности расчёта ядерных взаимодействий теоретическая физика так и не смогла создать единую теорию атомного ядра.
По закону сохранения квантовой информации нуклоны должны содержать одну и ту же информацию, независимо от их месторасположения. Но если при образовании атомного ядра у нуклонов появляются новые свойства, логично предположить, что у них возникает и новая информация. В то же время нельзя исключить и альтернативное предположение: в момент образования атомного ядра новая информация не возникает, нуклоны её откуда-то получают.
36
Arute F., Arya K. et al. Quantum supremacy using a programmable superconducting processor. – Nature, 2019. https://www.nature.com/articles/s41586–019–1666–5.
37
Винер Н. Кибернетика. – М.: Советское радио, 1968.