В новом выпуске StarTalk астрофизик Нил Деграсс Тайсон и физик-теоретик Митио Каку обсуждают наступление третьей эры в истории вычислительной техники. Переход от транзисторов к вычислениям на уровне отдельных атомов обещает решить задачи, перед которыми бессильны современные суперкомпьютеры — от моделирования лекарств от рака до предотвращения глобального энергетического коллапса.
🧬 Три этапа эволюции компьютеров 1:47
Митио Каку выделяет три ключевых стадии развития вычислительных технологий, которые привели человечество к нынешнему порогу :
- Аналоговые компьютеры: Расчеты с помощью рычагов, шестеренок, абаков и логарифмических линеек .
- Цифровые компьютеры: Переход к электричеству и транзисторам, где информация кодируется в виде нулей и единиц .
- Квантовые компьютеры: Вычисления производятся на уровне атомов. По словам Митио Каку, это «ультимативный» тип компьютера, мощнее которого создать ничего невозможно .
Квантовые системы уже существуют и, по утверждению Митио Каку, в миллионы раз превосходят самые мощные цифровые суперкомпьютеры в решении специфических задач . Сейчас идет глобальная гонка вооружений за создание универсального квантового компьютера, в которой участвуют такие гиганты, как IBM, Google, Microsoft и Honeywell, а также правительства Китая и США .
🏎️ Квантовое превосходство и мировая экономика 15:09
Термин «квантовое превосходство» (Quantum Supremacy) был введен физиком из Калтеха Джоном Прескиллом . Митио Каку поясняет, что этот момент наступил два года назад, когда системы Google и китайских разработчиков смогли обойти классические компьютеры в узкоспециализированных тестах .
Основные сферы интереса к технологии:
- Кибербезопасность: ЦРУ обеспокоено тем, что квантовые компьютеры способны взломать любой современный цифровой код, ставя под угрозу государственные секреты и военную инфраструктуру .
- Экономика: По мнению Каку, страна или компания, которая первой создаст универсальный квантовый компьютер, получит господство над мировой экономикой .
- Наука: Квантовые системы позволят моделировать поведение электронов в сложных молекулах. Митио Каку отмечает, что физики до сих пор могут идеально рассчитать только атом водорода (один протон и один электрон), а более сложные структуры требуют приближенных вычислений, с чем квантовые системы справятся быстрее .
🌀 Принцип работы: биты против кубитов 5:59
Для объяснения разницы между классическим битом и квантовым кубитом (qubit) Митио Каку использует аналогию с вращающимся волчком :
- Бит: Может находиться в состоянии «вверх» (единица) или «вниз» (ноль).
- Кубит: Электрон-волчок вращается во всех направлениях одновременно. Это позволяет квантовому компьютеру проводить вычисления, по сути, в «параллельных вселенных» .
По словам Митио Каку, такая природа атомов позволяет им находиться в нескольких местах одновременно, что делает квантовые вычисления бесконечно более мощными по сравнению с бинарными системами . Ведущий Нил Деграсс Тайсон уточняет, что в физике это описывается «правилом правой руки», определяющим направление вращения объекта .
☀️ Предотвращение катастроф: Событие Кэррингтона 10:19
Одним из практических применений квантовых расчетов Митио Каку называет прогнозирование солнечной активности. В 1859 году произошел мощный выброс корональной массы, известный как Событие Кэррингтона, который вывел из строя телеграфные линии в Северной Америке .
Митио Каку предупреждает о последствиях повторения такого события сегодня:
- Экономический ущерб: Минимум 2 триллиона долларов только материального ущерба .
- Планетарный блэкаут: Выход из строя всей спутниковой связи, электростанций и инфраструктуры.
- Социальный хаос: Отсутствие рефрижераторов для еды, остановка работы экстренных служб и возврат цивилизации на 200 лет в прошлое .
Квантовые компьютеры, по мнению гостя, смогут точно смоделировать динамику солнечной плазмы и магнитных полей, что невозможно для цифровых систем .
🧠 Оцифровка сознания и карта мозга 20:46
Участники обсудили возможность картирования человеческого мозга. Текущие достижения науки :
- Уровень насекомого: Ученым удалось полностью картировать мозг комара, содержащий около 100 000 нейронов .
- Человеческий мозг: Содержит около 100 миллиардов нейронов, каждый из которых имеет до 10 000 связей с другими клетками .
Митио Каку полагает, что для полного картирования связей мозга человека потребуется несколько десятилетий . Квантовые компьютеры будут необходимы для обработки этого колоссального объема данных. Физик выразил мнение, что сознание не является какой-то отдельной «субстанцией», а представляет собой эмерджентное свойство (возникающее само по себе), которое проявляется в результате работы сложной сети нейронных связей .
🎸 Теория струн и тайны материи 41:06
Митио Каку признается, что его основная работа связана с теорией струн в 11-мерном гиперпространстве . Он описывает вселенную как «резонанс вибрирующих струн».
Ключевые тезисы теории:
- Вселенная: Это низшая октава вибрации квантовой струны .
- Темная материя: По мнению Каку, она является следующей, более высокой октавой вибрации той же струны .
- Нестабильность пустоты: Согласно принципу неопределенности Гейзенберга, «абсолютное ничто» невозможно. Даже вакуум постоянно кипит квантовыми флуктуациями, которые Стивен Хокинг называл «пространственно-временной пеной» .
Митио Каку утверждает, что наша Вселенная, вероятно, возникла как пузырек в этой «пене», который начал расширяться в процессе инфляции .
🌌 Квантовая запутанность и парадокс Эйнштейна 31:29
Обсуждая мгновенную передачу информации, Митио Каку затронул эффект ЭПР (Эйнштейна — Подольского — Розена). Физики доказали, что квантовая запутанность позволяет частицам «общаться» быстрее скорости света .
Однако Митио Каку уточняет, что это не нарушает теорию относительности в практическом смысле:
- Случайность: Передаваемая информация случайна. Мы не можем отправить полезный сигнал (например, код Морзе) быстрее скорости света через запутанные частицы .
- Аналогия с носками: Если у вас есть пара носков (красный и зеленый) и вы отправили один из них на другой конец галактики, то, увидев, что у вас остался красный, вы мгновенно узнаете, что на том конце зеленый. Но никакой новой информации вы туда не передали .
Единственным теоретическим способом перемещения быстрее света в пространстве Митио Каку называет кротовые норы (червоточины), для стабильности которых потребовалась бы экзотическая «отрицательная материя» .
⚛️ Будущее: ядерные вычисления 44:39
В финале дискуссии Митио Каку сделал прогноз о том, что придет на смену квантовым технологиям. По его мнению, следующим шагом станут ядерные вычисления .
Если квантовые компьютеры работают с электронными оболочками атомов, то ядерные компьютеры будут использовать энергию и квантовые состояния атомного ядра. Энергетический масштаб таких процессов в миллионы раз превышает масштаб электронной оболочки, что сопоставимо с процессами внутри Солнца . Однако Митио Каку с иронией замечает, что при таких расчетах крайне важно не достичь критической массы, иначе «это может испортить вам день» .
