211service.com
Vraag en antwoord: Seth Lloyd
Seth Lloyd, hoogleraar werktuigbouwkunde aan het MIT, is een van de pioniers van kwantumcomputing: hij stelde het eerste technologisch haalbare ontwerp voor een kwantumcomputer voor. Als mensen ooit een bruikbare kwantumcomputer voor algemene doeleinden bouwen, zal hij veel aan Lloyd te danken hebben. Eerder dit jaar publiceerde hij een populaire inleiding tot kwantumtheorie en informatica, getiteld: Het heelal programmeren , die de opzienbarende stelling naar voren bracht dat het universum is zelf een kwantumcomputer.
Credit: Ed Quinn
Technologie beoordeling: In je nieuwe boek ben je bewonderenswaardig expliciet: je schrijft: The Universe is niet te onderscheiden van een kwantumcomputer. Hoe kan dat waar zijn?
Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van juli 2006
- Zie de rest van het nummer
- Abonneren
Seth Lloyd: Ik weet dat het gek klinkt. Ik voel me verontschuldigend als ik het zeg. En mensen die het boek hebben beoordeeld, beschouwen het als een metafoor. Maar het is feitelijk het geval. We zouden geen kwantumcomputers kunnen bouwen tenzij het universum kwantum was en computergebruik. We kunnen dergelijke machines bouwen omdat het universum informatie opslaat en verwerkt in het kwantumrijk. Wanneer we kwantumcomputers bouwen, kapen we die onderliggende berekening om het de dingen te laten doen die we willen: weinig en/of/geen berekeningen. We hacken het universum.
TR: Het kan je critici vergeven worden dat ze denken dat je metaforisch hebt geschreven. In elk tijdperk hebben wetenschappers het universum vergeleken met de meest gecompliceerde technologie die ze kenden. Newton dacht dat het universum als een klok was.
NL: Je zou botter kunnen zijn: Lloyd bouwt kwantumcomputers; daarom denkt Lloyd dat het universum een kwantumcomputer is. Maar dat vind ik onterecht.
TR: Het is bekend dat je er vanaf het begin in gelooft: dat wil zeggen dat informatie een fysieke eigenschap van het universum is, en die informatie genereert meer complexe informatie - en daarmee de hele fenomenale wereld.
NL: Stel je het elektron voor, dat een gewone computer gebruikt om gegevens op te slaan. Hoe kan er informatie aan verbonden zijn? Het elektron kan hier of daar zijn. Het registreert dus een beetje informatie, een van de twee mogelijkheden: aan of uit.
TR: Zeker, maar hoe zit het met de hoeveelheid informatie? toenemen ?
NL: Als je op zoek bent naar plaatsen waar de wetten van de fysica toestaan dat informatie in het universum wordt geïnjecteerd, dan moet je kijken naar de kwantummechanica. De kwantummechanica kent een proces dat decoherentie wordt genoemd en dat bijvoorbeeld plaatsvindt tijdens het meten. Een qubit [of kwantumbit] die, vreemd genoeg, beide hier was en is er plotseling hier of Daar. Er is informatie toegevoegd aan het universum.
TR: En waarom neigt het universum naar complexiteit?
NL: Dit idee van het universum als een gigantische kwantumcomputer levert je iets nieuws en belangrijks op dat je niet krijgt van de gewone natuurwetten. Als je 13,8 miljard jaar terugkijkt naar het begin van het universum, was de begintoestand extreem eenvoudig, er waren maar een paar stukjes nodig om te beschrijven. Maar ik zie op je tafel een ingewikkelde, heel mooie orchidee – waar de verdorie kwam al die complexe informatie vandaan? De wetten van de fysica zwijgen over dit onderwerp. Ze hebben geen verklaring. Ze coderen geen verlangen naar complexiteit.
TR: [Volkomen verbijsterd] Hmmm…
NL: Zou het universum zijn ontstaan uit totale willekeur? Nee. Als we ons voorstellen dat elk elementair deeltje een aap was die typte sinds de tijd begon met de maximale snelheid toegestaan door de natuurwetten, dan is het langste stuk van Gehucht dat zou kunnen zijn gegenereerd, is zoiets als zijn of niet zijn, dat is de - . Maar stel je voor dat apen typen op computers die het willekeurige gebrabbel herkennen als een programma. Algoritmische informatietheorie laat zien dat er korte, willekeurig uitziende programma's zijn die ervoor kunnen zorgen dat een computer alle natuurkundige wetten opschrijft. Dus om het universum complex te maken, heb je willekeurige generatie nodig, en je hebt iets nodig om die informatie te verwerken volgens een paar eenvoudige regels: met andere woorden, een kwantumcomputer.
TR: Meer praktisch: hoe ver zijn we verwijderd van veelgebruikte, commerciële toepassingen van quantum computing?
NL: Tegenwoordig is de grootste kwantumcomputer voor algemeen gebruik slechts een dozijn bits. Dus we zijn minstens een decennium of twee verwijderd. Maar we hebben al kwantumcomputers gebouwd die andere kwantumsystemen simuleren: je zou ze kwantum kunnen noemen analoog computers. Deze kleine machines kunnen berekeningen uitvoeren waarvoor een gewone computer nodig is die groter is dan het universum.
TR: Wat is het volgende grote ding dat moet worden gedaan in kwantumcomputing?
NL: Vanuit het techno-geek, experimenteel oogpunt, is het de pacificatie van de microscopische, kwantumwereld. Het is het Wilde Westen daar beneden.
TR: Het heelal programmeren wordt afgesloten met een persoonlijke noot. Je beschrijft hoe je vriend Heinz Pagels, een gerenommeerd natuurkundige, stierf terwijl hij met je wandelde in Colorado. Je vindt enige troost in je theorie van universele kwantumberekening: maar we zijn hem niet helemaal kwijt. Terwijl hij leefde, programmeerde Heinz zijn eigen stukje van het universum. De resulterende berekening ontvouwt zich in ons en om ons heen ...
NL: Nou, het is een vrij slechte troost als iemand van wie je houdt dood is. Maar het is een grotere troost dan het idee dat je hem op een dag in de hemel zou kunnen ontmoeten.