Нашата вселена може да е квантов компютър

Въпреки че основният принос в областта на физиката и информатиката, който Едуард Фредкин има към науката, е работата му върху обратимото изчисление и клетъчните автомати, като неговото наследство включва и редица любопитни, макар и по-спорни, философски концепции. По-специално той предлага идеята, че законите на Вселената са резултат от компютърен алгоритъм. Но сега неговите последователи отидоха по-далеч и предположиха, че правилата на компютрите са по-добро описание на космоса от уравненията на физиката – но само когато става дума за квантовите компютри.

Едуард Фредкин е роден през 1934 г. в Калифорния, постъпва в редиците на армията през 1953 г., става пилот във военновъздушните сили на САЩ, а след това работи върху използването на компютри за обработване на данните от радио наблюдението. След като се пенсионира, той работи в ИТ компанията Bolt Beranek & Newman, която по-късно се превръща в Raytheon. Там той участва в разработването на изкуствен интелект. След това основава своята собствена компания Information International, специализирана в обработката на изображения. Става професор в Масачузетския технологичен институт, въпреки че няма диплома за висше образование. Фредкин почина през месец юни тази година.

Работейки с друг учен, Томас Тофоли, Фредкин разработва обратим логически вентил, който по онова време изглежда любопитен. Фредкин вярвал, че подобна схема може да доведе до по-ефективни компютри с по-малки топлинни загуби, но не е било възможно вентилът да се приложи в класическите компютри. Тогава той предложил, че вместо да се симулират квантови явления на цифрови компютри, би било по-добре да се използват физически системи, които проявяват квантово поведение.

Според Сет Лойд от Масачузетския технологичен институт (MIT), създател на първия практически екземпляр на квантов компютър през 1993 г., обратимите изчисления са били необходима предпоставка за раждането на квантовите компютри.

През 1982 г. Фредким и Тофоли започват да развиват идеята си за обратими изчисления в друга посока. Те започват с една аналогия: представете си, че математическите изчисления са въплътени в напълно обратимите взаимодействия на билярдните топки върху маса (ако приемем, че движението на топките е без триене). Това сравнение е резултат от идеята на Тофоли, че концепциите на изчисленията описват физиката по-добре от диференциалните уравнения, които обикновено се използват за описание на движението и заряда, пише Nature.

Фредкин стига още по-далеч, като казва, че цялата Вселена може да се разглежда като вид компютър. Според него тя е „клетъчен автомат„: набор от изчислителни единици или клетки, които променят състоянията си според набор от правила, определени от състоянията на клетките около тях. С течение на времето тези прости правила биха могли да формират целия космос в цялата му сложност – и дори живота. Така се появява неговата теория за „цифрова физика“ или „цифрова философия„.

Според теорията на „цифровата физика“ Вселената може да се опише като компютърна програма, работеща на някакво хардуерно устройство. Фредкин вярваше, че материята и енергията са само информационни състояния и че фундаменталните закони на физиката могат да бъдат изразени с информационни операции.

Докато някои продължават да развиват класическата версия на тази теория, други смятат, че традиционният компютърен модел не е достатъчен, за да представи Вселената в цялата ѝ сложност. Но ако заменим правилата на Фредкин за цифровата физика с квантовите правила, много проблеми изчезват. По-конкретно тези идеи са описани от Лойд в поредица от статии през 90-те години на ХХ век и в книгата му от 2006 г. „Програмиране на Вселената„. В нея авторът съобщава как правилата на квантовите изчисления биха могли да стоят зад появата на познатите ни закони на физиката: теорията на елементарните частици, Стандартния модел на физиката на елементарните частици и дори квантовата теория на гравитацията.

Макар тази идея на Фредкин да е изглеждала бунтарска по времето, когато е била изказана за първи път, сега тя не предизвиква подобна изненада. Въпреки това тя се различава от идеята за света като компютърна симулация, лансирана от шведския философ Ник Бостром. Според него Вселената е създадена по волята на някакъв висш интелект или извънземни програмисти, може би в името на някакъв експеримент или дори игра. Според Лойд всички условия и закони на компютърната вселена са възникнали естествено, без висш интелект.

Твърдението, че нашият свят е илюзия съвсем не е ново: то е възниквало в продължение на хиляди години в различни култури – от Китай до Древна Гърция и е отстоявано от велики мислители като Декарт с неговия дуализъм на съзнанието и тялото. Но ние се интересуваме от една по-късна версия на потенциална виртуална реалност базирана на компютърните изчисления. Идеята за изкуственото реконструиране на един свят започва активно да се развива от 2003 година след публикуването на статия с име ‘Живеете ли в компютърна симулация?‘ (Are You Living in a Computer Simulation?), написана от известния философ Ник Бостром. Но теорията на Лойд е съвсем друга.

Според Лойд именно липсата на стандартно образование по физика е дала възможност на Фредкин да стигне до такива необичайни възгледи.

„Мисля, че ако беше получил по-традиционно образование, ако беше преминал през системата на дипломите и стандартните курсове по физика, може би неговите трудове нямаше да са толкова интересни“, казва Лойд.