В новом выпуске программы StarTalk астрофизик Нил Деграсс Тайсон и его бессменный соведущий Чак Найс обсуждают с известным физиком-теоретиком Митио Каку перспективы квантовых вычислений. В центре дискуссии — новая книга Каку «Квантовое превосходство» (Quantum Supremacy, 2023) и то, как переход от вычислений на транзисторах к операциям на уровне отдельных атомов навсегда изменит медицину, энергетику и наше понимание Вселенной.
🌀 Три стадии эволюции вычислительной техники 1:34
По словам Митио Каку, человечество в своем технологическом развитии проходит через три фундаментальные стадии вычислений :
- Аналоговые компьютеры: Расчеты проводились с помощью физических объектов — палочек, рычагов, шестеренок. К этой категории относятся абаки, логарифмические линейки и механические вычислители .
- Цифровые компьютеры: Появление электричества и транзисторов позволило перевести всё в бинарную систему нулей и единиц. Это база современной компьютерной революции .
- Квантовые компьютеры: Это третья стадия, где вычисления происходят на уровне атомов. Митио Каку называет это «ультимативным компьютером», так как прыгнуть выше атомного уровня невозможно .
Митио Каку отмечает, что существующие сегодня прототипы уже в миллионы раз превосходят мощнейшие цифровые суперкомпьютеры при решении специфических задач . Сейчас идет глобальная гонка между Китаем и такими гигантами, как IBM, Google, Microsoft и Honeywell. Тот, кто первым создаст универсальный коммерческий квантовый компьютер, по мнению физика, получит контроль над мировой экономикой .
⚛️ Принцип работы: кубиты против битов 5:43
Ключевое различие между классическим и квантовым компьютером заключается в способе хранения информации. В обычном компьютере бит — это транзистор, который может быть либо включен (1), либо выключен (0).
Митио Каку объясняет разницу на примере вращающегося волчка (электрона) :
- Электрон может вращаться «вверх» или «вниз», что соответствует 0 и 1 в цифровом мире.
- Квантовый бит (кубит) позволяет электрону вращаться во всех направлениях одновременно .
- По утверждению Каку, электроны в квантовом компьютере фактически проводят вычисления в «параллельных вселенных», находясь в нескольких состояниях в один и тот же момент времени .
По мнению физика, именно так «вычисляет» сама природа. Ферменты, вирусы, процессы в клетках рака или при болезни Альцгеймера работают на квантовом уровне, который цифровые компьютеры не в состоянии адекватно смоделировать . Цифровые системы лишь приближенно описывают атом водорода, но более сложные молекулы остаются для них недосягаемыми из-за экспоненциального роста сложности .
☀️ Предотвращение планетарного блэкаута 9:54
Одним из важнейших применений квантовых компьютеров в астрофизике станет моделирование солнечной активности. Митио Каку напоминает о «событии Кэррингтона» 1859 года, когда мощнейший корональный выброс массы на Солнце вывел из строя телеграфные линии по всей Северной Америке .
Последствия аналогичного события в наши дни, по оценкам экспертов, будут катастрофическими:
- Ущерб: Уничтожение спутников, энергосетей и систем связи нанесет урон в размере как минимум 2 триллионов долларов .
- Планетарный блэкаут: Весь мир может одновременно остаться без электричества, связи, холодильных установок и скорой помощи .
- Прошлые инциденты: Исследования ледяных кернов и годовых колец деревьев показывают, что подобные вспышки происходили также в 700 и 800 годах нашей эры .
Митио Каку считает, что только квантовые компьютеры смогут точно рассчитать поведение солнечной плазмы и магнитных полей, чтобы предсказать следующий катастрофический выброс и дать человечеству время подготовиться .
🧠 Цифровое бессмертие и картирование мозга 19:28
На вопрос слушателя о возможности «переселения» сознания в компьютер, Митио Каку отвечает, что препятствие заключается не в вычислительной мощности, а в сложности биологического сканирования.
- Текущий прогресс: Ученые уже полностью нанесли на карту нейронную сеть мозга комара, которая насчитывает 100 000 нейронов .
- Человеческий мозг: Содержит около 100 миллиардов нейронов, каждый из которых имеет до 10 000 связей .
- Прогноз: По мнению Каку, потребуется еще несколько десятилетий, чтобы полностью картировать человеческий коннектом .
Гость полагает, что сознание не является какой-то отдельной субстанцией («вещью в себе»), а возникает как побочный продукт (эмерджентное свойство) огромного количества нейронных связей . Как только карта мозга будет создана, квантовый компьютер без труда сможет её поддерживать и, потенциально, позволит «транспортировать» личность со скоростью света .
🎻 Теория струн и «музыка» Вселенной 25:09
Митио Каку признается, что его основная работа — теория струн, и он использует квантовые вычисления для решения её уравнений. Он описывает теорию струн как «теорию всего», способную объяснить Большой взрыв и устройство черных дыр .
Основные тезисы Каку о строении материи:
- Все элементарные частицы — это резонансы вибрирующей струны в 11-мерном гиперпространстве .
- Наша Вселенная — это «самая низкая октава» вибрации этой струны .
- Темная материя: По мнению физика, темная материя — это просто следующая, более высокая октава вибрации струны .
- Струны вибрируют постоянно из-за принципа неопределенности Гейзенберга — состояние абсолютного покоя в квантовом мире невозможно .
🚀 Квантовая запутанность и превышение скорости света 28:52
Дискуссия коснулась парадокса Эйнштейна — Подольского — Розена (ЭПР). Эйнштейн считал, что квантовая механика ошибочна, так как она допускает мгновенное взаимодействие между частицами, что кажется быстрее скорости света .
Митио Каку уточняет позицию современной физики:
- Запутанность реальна: Если два электрона были связаны, то при измерении спина одного (например, «вверх»), спин другого на другом конце галактики мгновенно станет «вниз» .
- Проблема информации: Эйнштейн формально оказался неправ (взаимодействие мгновенно), но он «смеется последним», так как таким способом невозможно передать осмысленную информацию или код Морзе .
- Аналогия с носками: Если вы надели красный носок на одну ногу, вы мгновенно узнаете, что носок в коробке на другом конце света — зеленый. Но никакой сигнал при этом не передавался, это лишь мгновенное получение знания о состоянии системы .
☢️ Что будет после квантовых компьютеров? 44:23
В завершение беседы Митио Каку заглядывает еще дальше в будущее. По его мнению, следующим этапом станут ядерные компьютеры .
Если квантовые компьютеры работают с электронными оболочками атомов, то ядерные будут использовать вычислительный потенциал атомного ядра. Энергетический масштаб таких вычислений в миллионы раз превосходит электронный . Примером такого «вычислителя» является Солнце, работающее на энергии ядерного синтеза . Однако Каку предостерегает: работа с критической массой в рамках компьютера — задача крайне опасная и требует принципиально иных подходов к безопасности .
