0:00 В октябре 2019 года машина, находящаяся внутри холодильной камеры в Санта Барбаре, штат Калифорния, сделала нечто, что должно было быть невозможным. Она решила математическую задачу за 200 секунд. Это число ничего не значит, пока вы не услышите другое число. Тот же самый расчёт, выполненный на самом мощном классическом суперкомпьютере на Земле в то время машине под названием Summit, построенный компании IBM, которая занимает комнату размером с две баскетбольные площадки, занял бы примерно 10.000 лет. Не 10.000 часов, не 10.000 дней, а 10.000 лет. Дольше, чем вся история человеческой цивилизации, дольше, чем промежуток между изобретением земледелия и моментом, когда вы слышите это предложение. Машина
0:45 размером с люстру, охлаждённая до температуры ниже вакуума открытого космоса, выполнила за 3 минуты и 20 секунд то, что объединённая классическая вычислительная мощность всей планеты [музыка] не смогла бы выполнить за всю историю человечества. И почти никто за пределами физики не остановился, чтобы задать вопрос, который должен был последовать немедленно, где она произвела расчёт. Именно об этом и пойдёт речь в этой истории. Не о том, как работает машина. Хотя мы это рассмотрим не о том, что она может делать, хотя последствия ошаломляющие. Вопрос в том, где. Потому что ответ на этот вопрос, если довести его до логического завершения, не приводит к новому инженерному прорыву. Он ведёт к
1:30 краю самой реальности. И то, что он раскрывает о природе Вселенной, в которой вы живёте прямо сейчас - это [музыка] то, о чём большинству людей никогда не говорили достаточно ясно, чтобы они почувствовали всю его значимость. Давайте начнём. Машина называлась Сикомор. Она была построена в лаборатории квантовоисго интеллекта Google и содержала 53 кубита. Квантовый эквивалент бинарных битов, которые питают каждый классический компьютер, которым вы когда-либо пользовались. Классический бит существует в одном из двух состояний: ноль или единица. Каждое вычисление, которое выполняет ваш телефон, каждая фотография, которую он хранит, каждое сообщение, которое он отправляет, кодируется как последовательность нулей и единиц,
2:17 обрабатываемых через логические вентили со скоростью, измеряемый миллиардами операций в секунду. Кубит отличается. [музыка] Кубит может быть нулём, он может быть единицей или он может быть и тем, и другим одновременно, существуя в состоянии, называемом суперпозицией. Состояние, в котором кубит содержит все возможные значения одновременно до момента его измерения. Когда он измеряется, суперпозиция коллапсирует. Кубит становится нулём или единицей. Но пока он находится в суперпозиции, пока ни один прибор не наблюдает за ним, пока Вселенная ещё не потребовала от него выбора, он является и тем, и другим. Не метафорически, не как удобный способ рассуждения о вероятностях, а физически,
3:03 измеримо, операционно и тем, и другим. Это свойство и придаёт квантовым компьютерам их мощь. Но слово мощь вводит в заблуждение, потому что оно предполагает скорость. Квантовые компьютеры - это не просто более быстрые версии классических компьютеров. Как спортивный автомобиль является более быстрой версией седана. Разница не в степени, а в роде. Классический компьютер, решающий сложную задачу, работает пошагово, проверяя одну возможность за раз, последовательно перемещаясь по пространству потенциальных ответов, пока не найдёт правильный. Квантовый компьютер делает нечто, не имеющее классического [музыка] аналога. Он исследует все возможные ответы. Одновременно каждый кубит, добавленный в систему, удваивает
3:49 количество состояний, которые машина может удерживать одновременно. 10 кубитов могут удерживать 1024 состояния одновременно. 20 кубитов могут удерживать более миллиона. 30 кубитов более миллиарда. 53 куби число в процессоре Сикомор от Google могут удерживать приблизительно дев квадриллионов состояния одновременно. 9 с пятна нулями. больше одновременных вычислительных путей, чем количество клеток во всех человеческих телах на Земле вместе взятых. И здесь вопрос, где становится неизбежным, потому что вот число, которое меняет всё. Если вы построите квантовый компьютер с тремя 100 кубими, количество одновременных состояний,
4:34 которые он может удерживать, будет равно 2 в степени 300. Запишите это число, и оно будет иметь примерно 90 цифр. Это число больше, чем общее количество атомов наблюдаемой Вселенной. Каждый атом в каждой звезде, в каждой галактике, которая когда-либо была обнаружена, нанесена на карту или теоретизирована. И машина с тремя кубитами всё ещё имеет больше вычислительного пространства, чем всё это вместе взятое. Вы не можете уместить это вычисление внутри одной вселенной. недостаточно физического пространства, недостаточно частиц, недостаточно места, недостаточно чего-либо. Вычисление превышает физические ресурсы наблюдаемого космоса. Это не философия, это арифметика. Если машине требуется больше вычислительных состояний, чем
5:20 атомов, наблюдаемой вселенной для их представления, то вычисление происходит в где-то не внутри наблюдаемой вселенной, и машина работает. Она даёт правильные ответы, проверенные, воспроизводимые, рецензируемые ответы, которые с необычайной точностью соответствуют предсказаниям квантовой теории. Машина делает то, что требует ресурсов, которых наша Вселенная не содержит, и она делает это каждый раз, когда запускается. [музыка] Человек, предсказавший это, не работал в государственной лаборатории в окружении коллег и оборудования. Он работал один ночью в своём доме в Оксфорде, Англии, где он живёт до сих пор и откуда по-прежнему редко выходит. Его зовут Дэвид Дойч. В 1985 году за 34 года до того, как Сыкор от Google
6:06 продемонстрировал квантовое превосходство, Deutчge опубликовал статью в трудах королевского общества Лондона, которую в то время почти никто не читал. Статья не предлагала более быстрого способа факторизации чисел. Она не обещала взломать шифрование или симулировать молекулы. Она задавала вопрос, который звучал почти философски. Существует ли физическая машина, которая могла бы, в принципе, симулировать любой физический процесс во Вселенной, не моделировать его, не аппроксимировать, а симулировать его точно, используя реальные законы физики в качестве операционной системы. Ответ Дойча был точным и сокрушительным. Классический компьютер не может этого сделать. Не потому, что он слишком медленный, не потому, что мы не построили достаточно большой, а потому, что классический
6:52 компьютер работает в рамках одной физической реальности. И эта единственная физическая реальность не содержит достаточных ресурсов. Вычисления, которые выполняет квантовый компьютер, превышают возможности нашей наблюдаемой вселенной. Так где же происходят дополнительные вычисления? Ответ Deutch, ясно изложенный в той статье 1985 года, заключался в том, что вычисления происходят одновременно в нескольких версиях реальности. Не как метафора, а как физический механизм. Квантовый компьютер, утверждал Dutch, - это первое устройство в истории человечества, для функционирования которого требуется существование параллельных миров. Параллельные миры. Эта фраза звучит как научная фантастика.
7:37 Ей место в кино, а не в физическом журнале. Но дочь не писал научную фантастику. Он занимался физикой, строгой рецензируемой математически формализованной физикой. И теоретическая архитектура, которую написал в той статье, [музыка] стала основой, на которой был построен каждый когда-либо созданный квантовый компьютер. Он не просто предположил, что параллельные миры могут существовать. Он показал, что если квантовая механика верна, а 60 лет экспериментальных данных говорят, что это так, то единственное связанноя объяснение того, где происходят квантовые вычисления - это множество экземпляров реальности, действующих одновременно и взаимодействующих посредством процесса, называемого квантовой интерференцией. Неправильные вычислительные пути взаимно уничтожаются, правильные пути усиливают
8:25 друг друга. Ответ, который появляется на вашем экране - это то, что остаётся после того, как физика множественных реальностей была использована в качестве вычислительного ресурса. Машина не перебирает каждый ответ. Она создаёт условия, при которых неправильные ответы уничтожают себя. А правильные ответы возникают из интерференционной картины параллельных вычислений, происходящих в местах, которые вы не можете видеть. Эта идея, многомировая интерпретация квантовой механики, изначально принадлежала не дойчу. Она принадлежала человеку, который умер, так и не узнав, что его математика станет основой технологии стоимостью в триллион долларов. Его звали Хью Эверет [музыка] II. Он был аспирантом Принстонского университета в 1957 году, когда
9:13 представил свою докторскую диссертацию. Диссертация предполагала, что когда квантовая система измеряется и, кажется, коллапсирует из суперпозиции множественных состояний в единый результат, коллапса на самом деле не происходит. Все исходы случаются, реальность разветвляется. Каждый возможный результат происходит в своей собственной версии Вселенной. Кошка жива в одной ветви и мертва в другой. Обе ветви одинаково реальны. Коллапса нет. Есть только умножение. Физик Нильс Бор, который в то время был самым влиятельным голосом во всей области, архитектором Копендагенской интерпретации, доминировавшей в квантовой механике десятилетиями, отверг идею Эверета. Сообщество последовало забором.
9:59 Диссертация Эверета была принята, но его интерпретация рассматривалась в лучшем случае как курьёз, а в худшем как позор. Он покинул академическую физику почти сразу после получения степени. Он пошёл работать в Пентагон, занимаясь математическим моделированием стратегии нацеливания ядерного оружия. Он рассчитывал показатели смертности от радиоактивных осадков. Он консультировал администрации Зенхаура и Кеннеди по системам доставки водородных бомб. Он много пил, он постоянно курил, он почти не знал своих детей. Он умер от сердечного приступа в 1982 году в возрасте 51 года [музыка] своей постели. Его сын Марк, который позже стал солистом рок-группы под
10:44 названием Илс, нашёл тело. Он публично заявлял, что, по его мнению, это был первый раз, когда он прикоснулся к своему отцу. По его собственной просьбе останки Эверета были кремированы, а его прах был выброшен в мусор, потому что в многомировой интерпретации не имело значения, что произошло с какой-либо конкретной физической конфигурацией. Где-то, в какой-то ветве, он всё ещё жив. Его дочь Элизабет покончила с собой в 1996 году. В её сумочке была найдена записка, в которой говорилось, что она собирается присоединиться к своему отцу в другой вселенной. [музыка] Многовая интерпретация, которую Бор отверг в 1957 году, теперь, в зависимости от того, кого вы спросите,
11:29 является ведущей теоретической основой для понимания того, почему квантовые компьютеры вообще работают. Вычисления, которые не могут поместиться в одной вселенной, помещаются, потому что Эверет был прав. Есть другие ветви, и дочь построил машину, которая их использует. Идея, которую всё физическое сообщество отвергало в течение 30 лет, оказалась инженерным требованием. Машины требуют этого. Они не работают без [музыка] этого. Каждый квантовый компьютер в каждой охлаждаемой камере, в каждой лаборатории на Земле является физическим свидетельством математики человека, который по его собственной просьбе был похоронен на свалке, забытой областью, в которую он пытался [музыка] внести свой вклад. Вспомнили о нём сейчас, потому
12:16 что технология доказала его правоту. Прежде чем мы продолжим, если вы будете так любезны, небольшой лайк и подписка будут для меня очень важны. Это маленький жест, но я принимаю его с глубокой благодарностью, потому что каждая частичка вашей поддержки поддерживает эту крошечную вселенную в живых. Подумайте, что это значит. Мы создали машину, которая работает, проникая в параллельной версии реальности и извлекая вычислительные ресурсы из мест, которые мы не можем наблюдать, не можем посетить, не можем сфотографировать. Машине всё равно, верите ли вы в параллельные вселенные. Она работает, [музыка] она даёт ответы. и ответы верны. IBM оспорила утверждение Гугла о том, что оценка в 10.000 лет была точной. Они
13:03 утверждали, что с правильным классическим алгоритмом и достаточным объёмом дискового хранилища их суперкомпьютер Summit мог бы выполнить тот же расчёт за 2 дня. Google признал поправку, но 2,5 дня против 200 секунд - это всё ещё более чем тысячекратная разница. И задача, которую решил Сыкомор, была специально разработана так, чтобы быть лёгкой для квантовой машины [музыка] и трудной для классической. По мере совершенствования квантового оборудования и того, как задачи становятся более общими, этот фактор не уменьшается, он растёт экспоненциально. [музыка] Каждый дополнительный кубит удваивает вычислительное пространство. Каждое удвоение увеличивает разрыв. Кривая не сглаживается сама по себе. Мы находимся в начале экспоненциальной траектории.
13:49 конечную точку которой мы не можем увидеть с того места, где стоим. В декабре 2023 года IBM представила процессор под названием Kondor с 1.121 кубитом. В 2019 году Скор от Google имел 53. За 4 года количество кубитов в ведущем процессоре выросло более чем в 20 раз. Этот темп роста превышает прогнозы, которые большинство исследователей квантовых вычислений делали в 2015 году. История экспоненциальных технологий - это история недооценки второй половины кривой. Мы хорошо предсказываем следующее удвоение. Мы ужасно предсказываем, как выглядит пятнадцатое удвоение с третьего. 15 удвоений от 53 кубитов - это примерно 1.700.000
14:37 кубитов. Большинство оценок помещает порог для взлома шифрования, который защищает современный интернет, где-то между 1 млн и 4 млн физических кубитов. В зависимости от требований коррекции ошибок. Эта арифметика не предсказания, это грубая триангуляция. Но грубые триангуляции имеют свойство становиться точными по мере накопления данных. Создаётся нечто, что действует на границе между нашей реальностью и чем-то большим. Нечто, что черпает свою силу из места, недоступного нам никакими другими средствами. нечто, что растёт экспоненциально и приближается к порогам, которые архитекторы современного мира не предвидели, когда строили системы, от которых мы зависим. И самый глубокий вопрос, который это вызывает, не об шифровании или скорости
15:23 вычислений, он о природе реальности, которую вы переживаете прямо сейчас. Потому что если машина работает, а она работает, и единственное свздное объяснение того, почему она работает, состоит [музыка] в том, что она заимствует ресурсы из параллельных версий Вселенной, тогда эти параллельные версии реальны. Не теоретически реальны, не полезно реальны. Реальны так же, как реален стул, на котором вы сидите. [музыка] Достаточно реальны, чтобы с ними вычислять, достаточно реальны, чтобы построить на них триллионную индустрию. И если они реальны, то вы живёте не в единственной версии своей жизни. Вы живёте в одной из невообразимого числа ветвей. Каждая из них так же физически подлинна, как [музыка] и это. Каждая из них содержит версию вас, которая сделала иной выбор
16:10 на каждом квантовом перекрёстке, который когда-либо происходил с начала времён. Это не мистицизм, это инженерная спецификация самых мощных машин, когда-либо созданных человечеством. В 1935 году физик по имени Эрвин Шрёдингер сел писать то, что, по его мнению, должно было стать последним словом против квантовой механики. Он не пытался внести вклад в теорию, он пытался её уничтожить. Теория уже более 10 лет давала результаты, которые с необычайной точностью совпадали с экспериментами. Она предсказывала поведение атомов, спектр света, излучаемого нагретыми газами, стабильность [музыка] молекул, проводимость металлов. Каждое испытание подтверждало её. Каждое измерение совпадало с её уравнениями. И всё же Шрёдингер нашёл одно из её центральных
16:56 утверждений философски невыносимым. Утверждение было таким: частица не имеет определённого состояния, пока кто-то её не измерит. До измерения она существует в суперпозиции всех возможных состояний одновременно. Невероятно в одном состоянии или другом. Не тайно в состоянии, которое мы просто ещё не знаем. Подлинно, физически, во всех них одновременно. Акт измерения не раскрывает уже существующую истину. Он создаёт результат. Шрёдингер считал это абсурдным, и у него был дар делать абсурд видимым. Итак, он сконструировал мысленный эксперимент, призванный выявить, как он считал, фатальный недостаток теории. Он представил себе кошку, запертую в стальной коробке. Внутри коробки находится крошечное
17:42 количество радиоактивного материала. Если один атом этого материала распадётся в течение одного часа, детектор приведёт в действие механизм, который разобьёт колбу с ядом, [музыка] убив кошку. Если ни один атом не распадётся, кошка будет жить. Квантовая механика утверждает, что радиоактивный атом находится в суперпозиции одновременно распавшегося и не распавшегося состояния, до тех пор, пока его не наблюдают. Следовательно, утверждал Шрёдингер, кошка должна быть одновременно живой и мёртвой, пока кто-нибудь не откроет коробку. Он назвал это нелепым. Он имел в виду это как довод ада абсурдум, логический аргумент, предназначенный для того, чтобы показать, что предпосылка ведёт к столь абсурдному выводу, что
18:29 сама предпосылка должна быть ошибочной. Он говорил своим коллегам: "Посмотрите, что подразумевает ваша теория. Кошка, которая одновременно жива и мертва. Вы, конечно, видите, что здесь что-то не так. Физическое сообщество восприняло этот аргумент, тщательно его обдумала и сделала то, чего Шрёдингер никак не ожидал. Они сохранили теорию не потому, что считали живых и мёртвых кошек разумными, а потому, что каждый проведённый эксперимент, каждое измерение, каждое проверенное предсказание подтверждали правильность квантовой механики. Теория работала. Она работала с такой точностью, которой никогда не достигала ни одна другая теория в истории физики. И аргумент с кошкой, предназначенный для разрушения,
19:15 стал вместо этого самоизвестной иллюстрацией того самого явления, которое он должен был уничтожить. Образ кошки, одновременно живой и мёртвой, вошёл в популярную культуру как символ квантовой странности. Но физика, стоящая за этим, вовсе не странная. Это принцип работы каждого квантового компьютера, который когда-либо был создан. Кубит работает точно так же, как атом в коробке Шрёдингера. Это не ноль, это не единица, это одновременно и то, и другое до момента измерения. И пока он находится в этом двойном состоянии, пока коробка запечатана, пока ни один прибор не заглянул внутрь, он выполняет вычисление по всем своим возможным значениям одновременно. Это источник учислительной
20:01 мощности, о котором мы говорили в первой главе. Не скорость, не грубая сила, а способность одновременно существовать в нескольких состояниях и вычислять по всем ним до коллапса в единый ответ при проведении измерения. Но вот вопрос, который должен следовать немедленно и который почти никто не задаёт вслух. Если кубит действительно находится в обоих состояниях одновременно, что он делает между измерениями, когда ни один прибор не наблюдает за ним, когда коробка запечатана, когда сама Вселенная ещё не потребовала определённого ответа, что происходит в этом пространстве между вопросом и результатом. Что происходит в промежутке между суперпозицией и коллапсом? Действительно ли там что-то
20:47 происходит? Или это математическое удобство, полезная фикция, которая даёт правильные ответы, не соответствуя никакому физическому процессу. Ответ, к которому пришла физика за последние 40 лет, тревожит так, как большинство популярных описаний квантовой механики не передают адекватно. Ответ заключается в том, что этот промежуток реален. Вычисление, происходящее между измерениями, физически происходят. И причина, по которой это скрыто от нас, причина, по которой мы не видим котов, которые живы и мертвы, причина, по которой мир вокруг нас кажется стабильным, определённым и классическим, заключается не в том, что суперпозиция - это математический трюк. Это происходит из-за процесса, называемого декагеренцией. И декагеренция не
21:33 устраняет другие возможности, она их скрывает. Физиком, который посвятил свою карьеру уточнению этого, был Войцах Зурак, работавший в национальной лаборатории Лос Аламоса. Его работа, основанная на более ранних идеях Хайнца Дитера цеха в 1970 годах, даёт самый ясный и физически строгий ответ на вопрос, почему мир выглядит классическим, хотя квантовая механика говорит, что это не так. Вот суть этого. Квантовая система остаётся в суперпозиции. Остаётся в этом состоянии множественных одновременных возможностей только [музыка] до тех пор, пока она остаётся идеально изолированной от всего вокруг. В тот момент, когда она взаимодействует даже с одной частицей из внешней среды, суперпозиция начинает
22:21 растворяться. [музыка] Не из-за какого-либо мистического акта сознания, не потому, что человеческий разум посмотрел на неё, а просто потому, что информация о системе просочилась в окружающий мир. Подумайте, что это означает физически. Ваша кофейная чашка - это квантовая система. Она состоит из атомов, а атомы подчиняются квантовой механике. В принципе, ваша кофейная чашка могла бы существовать в суперпозиции нахождения на столе и на полу одновременно, но она постоянно взаимодействует с триллионами частиц каждую секунду. Молекулы воздуха отскакивают от её поверхности, фотоны от света в комнате ударяют по ней, тепловые вибрации в столе проходят через неё. Каждое взаимодействие уносит крошечную часть квантовой информации. Каждое
23:07 взаимодействие запутывает чашку с другой частицей в окружающей среде. И как только эта информация просачивается наружу, суперпозиция разрушается. Квантовое состояние кофейной чашки декагерирует. Она занимает определённое положение. Она становится классической. [музыка] Для вашей кофейной чашки этот процесс происходит примерно за одну триллионную триллионной доли секунды. Декогеренция, по существу, мгновенно в масштабах повседневных объектов. Вот почему вы никогда не видели кофейную чашку в двух местах одновременно. Не потому, что квантовая механика неприменима кофейным чашкам, она применима. Но декагеренция разрушает суперпозицию так быстро, что её как будто никогда и не существовало. Классический мир, который вы
23:53 воспринимаете, мир определённых объектов в определённых положениях с определёнными свойствами, не является фундаментальной реальностью. Это то, как выглядит квантовая реальность после того, как декогеренция сделала свою работу. это поверхность. Квантовая суперпозиция [музыка] под ней - это глубина. Теперь вот где это напрямую связано с квантовыми компьютерами и с вопросом, который мы подняли в начале. Чтобы поддерживать кубит в суперпозиции достаточно долго, чтобы фактически производить с ним вычисление, вы должны изолировать его от всего идеально, полностью. Ни один случайный фотон не может коснуться его. Ни одна вибрация не может достичь его. Ни одно тепловое колебание не может задеть его. Машины, которые строят
24:40 Google IBM, охлаждаются до температур ниже вакуума глубокого космоса, примерно до 15 мльвинов, что примерно награду выше абсолютного нуля. При этой температуре почти всё тепловое движение прекращается. Частицы в машине едва движутся. Окружающая среда настолько тиха, насколько это позволяет физика. И в этой тишине кубиты удерживают свою суперпозицию достаточно долго, чтобы выполнять вычисления, которые не под силу ни одному классическому компьютеру. Вся инженерная задача квантовых вычислений сводится к одному предложению. Сохраняйте вычисление скрытым от вселенной достаточно долго, чтобы получить ответ. Вот и всё. Каждая криогенная система, каждый электромагнитный экран, каждая вакуумная камера, каждая платформа виброизоляции в
25:27 каждой лаборатории квантовых вычислений на Земле существует для одной цели: предотвратить наблюдение окружающей средой за кубитами до завершения вычисления. Потому что в тот момент, когда окружающая среда смотрит, в тот момент, когда одна частица окружающего мира взаимодействует с кубитом [музыка] и уносят даже один бит квантовой информации, суперпозиция коллапсирует. Вычисление испорчено, ответ потерян. Подумайте, что это означает в контексте аргумента Дэвида Дойча о параллельных мирах. Вычисление происходит, пока кубиты находятся в суперпозиции, пока они изолированы, пока ни один инструмент в нашей Вселенной не наблюдает за ними. Ответы, которые появляются, когда мы наконец измеряем кубиты, приходят из
26:14 процесса, который полностью происходил за стеной изоляции в пространстве, где правила классической реальности не применяются, где кубиты существовали во всех своих возможных состояниях одновременно и вычисляли по всем из них. Когда мы измеряем результат, мы получаем один ответ, но процесс, который привёл к этому ответу, включал в себя множество одновременных вычислительных путей, число которых превышает количество атомов в наблюдаемой вселенной. Если принять копенгагенскую интерпретацию, традиционный взгляд на квантовую механику, то эти другие вычислительные пути просто исчезают при измерении. Они были вероятностями, и акт измерения выбирал один результат, отбрасывая остальные. Но у этой интерпретации есть
27:00 проблема. Она не объясняет, где происходила вычислительная работа. Она не учитывает ресурсы. Если машина исследовала больше путей, чем атомов во Вселенной, и возвращённый ею ответ явно верен, значит, что-то производило это исследование, что-то выполняло работу. И если в нашей Вселенной недостаточно места для этой работы, то либо работа происходила где-то ещё, либо машина не должна функционировать. Машина функционирует. Если принять многомировую интерпретацию взгляд Эверита, другие вычислительные пути не исчезают. Они продолжают существовать в других ветвях реальности. Измерение не коллапсирует суперпозицию, оно запутывает наблюдателя с одной конкретной ветвью. Во всех других ветвях
27:46 производятся другие версии измерения, дающие другие ответы в других версиях лаборатории, наблюдаемые другими версиями исследователей. Декогеренция - это процесс, посредством которого эти ветви становятся невидимыми друг для друга. Стена поднимается, ветви разделяются. Каждый наблюдатель видит один определённый классический результат. Но другие ветви всё ещё существуют, всё ещё реальны, всё ещё несут вычислительную работу, которая привела к ответу. Это выбор, который квантовые вычисления навязывают нам. Либо машина работает магическим образом, выполняя вычисления с несуществующими ресурсами, либо машина работает по законам физики, используя ресурсы,
28:32 которые существуют в местах, которые мы не можем непосредственно наблюдать, но чья реальность подтверждается каждый раз, когда машина возвращает правильный ответ. Нет удобной золотой середины. Нет такой интерпретации, которая заставила бы вычислительную работу исчезнуть, не заставив при этом машину перестать работать. Машина работает, ресурсы превышают наша вселенную. Вопрос о том, где остаётся открытым только если вы готовы оставить его открытым. Если вы доведёте физику до её логического завершения, ответ будет тем же, что дал Deutчge в 1985 году и предложил Эверит в 1957 году. Вычисления происходит в ветвях реальности, который мы не можем видеть, потому что декагеренция
29:18 построила стену между нами и ними. стену, которая не состоит из материи или энергии. Стена, сделанная из просочившейся информации. Стена, на поддержание которой квантовые инженеры ежегодно тратят миллиарды долларов. Потому что в тот момент, когда стена рушится, вычисления прекращаются, а квантовое преимущество исчезает. Мы строим машины, самые мощные операции которых происходят за стеной, отделяющей наши ветв реальности от ветвей, который выполняет работу. Мы намеренно скрываем наши самые важные вычисления от наблюдаемой Вселенной. И то, что делает стену необходимой, декогеренция, процесс, посредством которого квантовая информация просачивается в окружающую среду и суперпозиции разрушаются. Это
30:04 тот самый процесс, который заставляет мир выглядеть классическим, твёрдым и определённым для вас прямо сейчас. Причина, по которой вы видите один мир, вместо множества, та же, по которой квантовый компьютер должен быть холоднее, чем открытый космос. Декогеренция, стена между мирами. Шерёдингер хотел показать, что квантовая механика неисправна. Вместо этого он показал, что мир не таков, каким кажется. Код - это не парадокс. Код - это описание. Описание того, что делает реальность, когда никто не смотрит. И машина, которую мы построили, доказывают, что то, что делает реальность, когда никто не смотрит, гораздо обширнее, гораздо более структурировано и гораздо более реально, чем кто-либо в 1935 году мог себе
30:52 представить. Вопрос больше не в том, существуют ли другие ветви. Вопрос в том, что ещё происходит в них, что мы ещё не научились обнаруживать. Прежде чем всё это было построено, до холодильных камер и сверхпроводящих цепей, до Google и IBM и триллионы индустрии, которые теперь окружает квантовые вычисления, кто-то должен был объяснить, как. Ни где происходит вычисление, это мы обсудили. Не почему это мощно, это мы тоже обсудили. Но как? Каков фактический физический механизм, посредством которого квантовый компьютер берёт проблему с большим количеством возможных ответов, чем атомов наблюдаемой Вселенной, и возвращает один правильный результат? Аргумент подсчёта говорит вам, что ресурсы существуют
31:38 где-то за пределами того, что может содержать наша Вселенная. Многомировая интерпретация говорит вам, что эти ресурсы живут в параллельных ветвях реальности. Но ни то, ни другое не говорит вам, как машины их используют. [музыка] как она проникает в эти ветви и возвращается с ответом. Как она сортирует невообразимое количество возможностей и находит ту, которая правильна? Ответ на этот вопрос пришёл от Ричарда Фейнмана. И это, на мой взгляд, самая красивая и самая тревожная идея во всей истории. В 1982 году Фейнман выступил с докладом на конференции Массачусетского технологического института "Физика вычислений", который позже был опубликован в Международном журнале теоретической физики. Доклад назывался
32:24 "Моделирование физики с помощью компьютеров". Фейнман не был специалистом по компьютерам. Он был физиком, широко известным как один из самых блестящих и неординарных мыслителей XX века. В молодости он работал над манхэттенским проектом. Он произвёл революцию в квантовой электродинамике теории описывающей взаимодействие света и материи. За эту работу он получил Нобелевскую премию по физике в 1965 году. Он имел репутацию человека, способного преодолевать сложности с почти физической [музыка] интуицией того, как природа на самом деле работает под математикой. И в том докладе 1982 года он сделал наблюдение, которое звучит просто, но содержит целую революцию. Фейнман указал, что классические компьютеры не могут
33:11 эффективно моделировать квантовые системы. [музыка] Не потому, что они слишком медленные, а потому, что проблема экспоненциально растёт с увеличением числа частиц. Моделируйте один электрон и вам нужно отслеживать два возможных состояния. Моделируйте два электрона, и вам нужно четыре. 10 электронов- 1.024. 20 электронов- [музыка] более миллиона. 30 электронов - более миллиарда. 100 электронов и число состояний, которые вам нужно отслеживать, превышает число атомов наблюдаемой Вселенной. Классические компьютеры не могут справиться с этим ни из-за инженерных ограничений, а потому что структура классических вычислений не соответствует структуре квантовой реальности. Вы не можете моделировать
33:56 квантовый мир [музыка] с помощью классической машины более эффективно, чем вы можете описать симфонию, читая её ноты по одной. Информация есть, но форма не верна. Предложение Феймана было элегантным и радикальным. Если вы хотите моделировать квантовую физику, создайте машину, которая работает на квантовой физике. Пусть сам компьютер будет состоять из квантово-механических элементов подчиняющихся квантово-механическим законам. Пусть машина будет тем, что она изучает. И в этом предложении содержалось понимание механизма, которое оказалось ключом ко всему, что последовало. Этот механизм называется интерференцией. Представьте себе две волны на поверхности воды, движущиеся навстречу друг другу. Там, где пик одной волны
34:43 встречается с пиком другой, они объединяются и создают более высокий пик. Там, где впадина встречается с впадиной, результатом является более глубокая впадина. Там, где пик встречается с впадиной, они взаимно уничтожаются, вода становится ровной. Волны не исчезают, они не перестают существовать. Они уничтожают друг друга благодаря точному выравниванию своих противоположных фаз. Это интерференция. Она происходит с водными волнами, она происходит со звуковыми волнами, она происходит со светом. И она происходит [музыка] с квантовой вероятностью. Квантовый компьютер спроектирован так, что все вычислительные пути, ведущие к неверным ответам, взаимно уничтожаются, как пик, встречающийся с впадиной на поверхности
35:29 воды. И все пути, ведущие к правильному ответу, усиливают друг друга, как два пика, объединяющиеся в один больший пик. Машина не перебирает все возможные ответы, а затем проверяет, какой из них правильный. Она не ищет по списку, [музыка] она не угадывает. Она структурирована на уровне своего физического дизайна, так что неверные ответы уничтожают себя посредством интерференции до завершения вычисления. То, что получается в конце, единственный ответ, который машина выдаёт при измерении кубитов - это несчастливая догадка. Это то, что выживает. Это последнее, что остаётся после того, как всё неверное было систематически устранено самой физикой вычисления. Мне нужно, чтобы вы на мгновение задумались
36:15 над этим. Машина не выбирает правильный ответ. Она создаёт условия, при которых неверные ответы не могут существовать. Неверные ответы аннигилируют друг друга. Они взаимно уничтожаются. Они вычитают себя из реальности посредством квантово-механического процесса деструктивной интерференции. И правильный ответ появляется не потому, что кто-то его выбрал, а потому, что это единственный путь в вычислении, который выживает благодаря своей собственной физике. Это не метафора. Это буквальный принцип работы каждого квантового алгоритма, [музыка] когда-либо разработанного. Феймон увидел эту возможность в 1982 году. 3 года спустя дочь формализовала её, и в последующие десятилетия был
37:00 разработан ряд алгоритмов, которые использовали интерференцию всё более мощными способами. [музыка] Самый известный из них был опубликован в 1994 году математиком по имени Питер Шор. Шор написал алгоритм "Набор инструкций", которым квантовый компьютер мог бы следовать, чтобы разложить любое большое число на простые числа, [музыка] которые при умножении дают его. На первый взгляд это звучит как абстрактное математическое упражнение, не имеющее отношения к чему-либо важному в повседневной жизни. Связь становится видимой в тот момент, когда вы понимаете, как современный мир защищает свои секреты. Почти всё шифрование, которое обеспечивает безопасность интернета, [музыка] математический слой, который отделяет
37:45 ваш банковский счёт от всех остальных, который защищает частные сообщения, которые охраняет инфраструктуру правительств, военных, больниц и электросетей, построено на одном предположении. Предположение состоит в том, что умножить два больших простых числа легко, но обратным путём от результата найти эти исходные простые числа практически невозможно. Классическому компьютеру, пытающемуся разложить число из нескольких сотен цифр на простые множители, потребовалось бы больше времени, чем возраст Вселенной. Вся архитектура цифровой безопасности основана на этой вычислительной асимметрии. Легко в одном направлении, невозможно в обратном. Алгоритм Шора устраняет эту асимметрию. Достаточно
38:31 мощный квантовый компьютер, работающий с алгоритмом Шора, мог бы разложить эти большие числа не за тысячи или миллионы лет, а за часы, возможно, минуты. Шифрование, которое защищает современную цивилизацию, созданной [музыка] за 50 лет на основе предположения, что факторизация простых чисел вычислительно невыполнима, становится прозрачным, взламываемым, открытым. У замка, который охраняет каждый цифровой секрет в мире, есть ключ. ИШОР точно показал, как выглядит этот ключ. Ключ ещё не существует в физической форме, потому что ни один квантовый компьютер не имеет достаточного количества кубитов для запуска алгоритма Шора в масштабе, необходимом для взлома реального шифрования. Но проект существует,
39:16 математика опубликована и [музыка] машины растут. Через 2 года после Шора, в 1996 году, исследователь по имени Лоф Гровер опубликовал второй алгоритм, который касался чего-то более общего, чем факторизация чисел. Алгоритм Гровера касается поиска. Представьте себе несортированный список, содержащий миллиард элементов, и вы ищите одну конкретную запись. Классический компьютер должен проверять элементы один за другим. В среднем он находит цель после проверки половины [музыка] списка. 500 млн проверок. Алгоритм Гровера находит элемент примерно за квадратный корень из миллиарда проверок, около 31.600. Не потому, [музыка] что он быстрее перемещается по списку, а потому, что он
40:02 использует квантовую интерференцию. Тот же механизм, который Фейма написал для усиления вероятности правильного ответа и одновременного подавления вероятности каждого неправильного ответа. Каждый неправильный элемент в списке отменяет себя. Правильный элемент усиливает себя. Машина не ищет. Она создаёт условия, в которых всё, что не является ответом, становится невидимым. Асимметрия, которую создаёт Гровер, не так драматично, как у Шора. Она обеспечивает квадратичное ускорение, возводя эффективность в квадрат, а не сокращая время от экспоненциального до управляемого. Но она применяется универсально к любой задаче поиска, любой базе данных, любой коллекции данных со скрытой структурой, ожидающей обнаружение. Алгоритм Гровера ускоряет обнаружение этой структуры таким
40:48 образом, который не связан с улучшением инженерии, он связан с фундаментальной физикой. Вселенная позволяет [музыка] квантовому поиску быть быстрее классического поиска, потому что сама Вселенная работает по квантовым правилам. Машина не перехитряет реальность, она согласуется с собственной операционной системой [музыка] реальности и использует интерференцию. Тот же процесс, который заставляет волны гасить друг друга на воде, чтобы устранить [музыка] шум. и выявить сигнал. Теперь отступите назад и посмотрите на полную картину, которая сложилась за эти три главы. У нас есть машина, которая использует ресурсы из-за пределов наблюдаемой вселенной. Она черпает свою энергию из параллельных ветвей реальности, которые декагеренция скрывает от нашего повседневного восприятия. Она работает, создавая
41:35 условия, при которых неправильные ответы уничтожают себя посредством квантовой интерференции, оставляя только правильный результат. Она может, в принципе, взломать шифрование, которое защищает весь современный мир. И она может искать в любой коллекции данных быстрее, чем любая классическая система, которая когда-либо существовала или могла бы существовать. Это не технология будущего. Алгоритмы существуют, машины существуют, они развиваются. И вопрос, который вытекает из всего этого - это не вопрос о физике, математике или инженерии. Это вопрос о самой информации, о том, что такое информация, о том, является ли информация чем-то, что мы извлекаем из реальности, подобно тому, как вы собираете пшеницу с поля, или информация - это сама реальность. О
42:22 том, состоит ли физический мир, который вы воспринимаете из материи и энергии или материя и энергия сами состоят из чего-то более глубокого, чего-то, к чему квантовый компьютер прикасается каждый раз, когда работает. Чего-то, что физик по имени Джон Уиллер потратил 60 лет своей жизни, пытаясь назвать. Он назвал это самой фундаментальной субстанцией во Вселенной. Он назвал это тем, из чего возникают все физические вещи. И он дал этому название, которое звучит как загадка, но является точным физическим утверждением. Он назвал это избито. Джон Арчибальтвиллер провёл 60 лет, работая в центре теоретической физики. Он ввёл термин чёрная дыра. Он работал с Нильсом Бором, объясняя ядерные деления. Он
43:08 руководил докторскими диссертациями Ричарда Фейнмана и Хью Эверета, двух важнейших умов в истории квантовой теории. Он внёс вклад в Манхэттенский проект. Он формировал развитие общей теории относительности для целого поколения. К тому времени, когда он достиг последних десятилетий своей карьеры, он провёл больше времени, серьёзно размышляя об основах физической реальности, чем почти любой, кто когда-либо жил. И вывод, к которому он пришёл, не был формулой. Это не было уравнением. Это было утверждение настолько сжатое, что умещается в трёх словах. Это избито. Каждое это, - писал Уиллер, каждая частица, каждое силовое поле, даже сам пространственнов временной континуум, черпает свою функцию, своё значение, само своё
43:55 существование полностью, даже если в некоторых контекстах косвенно, [музыка] из ответов, полученных аппаратом на вопросы да или нет, бинарных выборов, битов. Все физические явления имеют информационно-теоретическое происхождение, и это соучаствующая вселенная. Прочитайте это ещё раз медленно. Уиллер не говорит, что информация полезна для описания Вселенной. Он не говорит, что физика может быть выражена в терминах информации. Он говорит, что Вселенная состоит из информации, что материя, энергия пространство время физический мир во всей своей полноте возникают из чего-то более фундаментального. И эта фундаментальная вещь не частица, это не волна, это не струна, не поле и
44:44 не мозг. Это ответ. Да или нет. Бит. Это по-настоящему странная идея, с которой нужно смириться, потому что она переворачивает интуицию, которую большинство из нас носит с собой, никогда не исследуя её. Мы склонны думать о реальности как о твёрдой почве, а об информации как о чём-то, что мы извлекаем из неё. Мы считаем атомы первичными, а описание атомов вторичными. Сначала появляется камень. Измерение камня происходит потом. Уиллер говорит, что измерение происходит первым. Камень появляется потом. Информация первична. Физический мир - это то, что происходит, когда достаточное количество [музыка] битов
45:31 накапливается в правильной конфигурации. Под информации ничего нет. Нет более глубокого слоя, нет скрытого субстрата. Ответы - это субстанция [музыка] реальности. Теперь сопоставьте эту идею со всем, к чему мы стремились. Если вселенная состоит из информации, то устройство, которое манипулирует информацией на самом фундаментальном физическом уровне, не моделирует реальность. Оно не имитирует реальность, оно оперирует на фактическом субстрате, из которого построена реальность. Каждое вычисление, которое выполняет квантовый компьютер, является вмешательством в информационную ткань самой Вселенной. Это не поэтическое описание. Если Уиллер прав - это буквальное писание. Квантовый
46:16 компьютер [музыка] - это не инструмент, который работает внутри реальности. Это инструмент, который работает над реальностью, на уровне, где реальность собирается из ответов да и нет. Квантовый компьютер добавляет свои собственные ответы в этот разговор. Уиллер не был маргинальной фигурой, делающей провокационные заявление для привлечения внимания. Он был одним из самых уважаемых и авторитетных физиков XX века. Научный руководитель Феймана, соавтор Бора Эйнштейна, человек, который дал название чёрной дыре. Он потратил шесть десятилетий, чтобы прийти к этому выводу. И когда он пришёл, он изложил его просто. Вселенная - это самообрабатывающаяся информация, приходящая к существованию. [музыка] И мы являемся участниками этого
47:02 процесса, не наблюдателями, смотрящими извне. Существует экспериментальное доказательство, которое настолько прямо подтверждает эту картину, что заслуживает отдельного рассмотрения. В 1961 году физик по имени Рольф Ландаур из IBM Research опубликовал статью, в которой утверждал, что информация не абстрактна, она физична. И у него был конкретный измеримый способ это продемонстрировать. Когда вы стираете один бит информации, когда вы берёте систему, которая хранит единицу или ноль, и сбрасываете её в известное состояние, вы выделяете тепло. Не метафорически, а буквально крошечное, но измеримое и теоретически неизбежное количество тепловой энергии выделяется в
47:47 окружающую среду. Это стало известно как принцип Ландаура. Акт стирания информации физически необратим, а необратимость имеет термодинамическую стоимость, которую невозможно устранить или обойти с помощью лучшей инженерии. Стирание информации производит тепло так же, как трение производит тепло. Это закон. Десятилетиями принцип Ландаура оставался теоретическим предсказанием без прямого экспериментального подтверждения. Количество тепла, выделяемого при стирании одного бита, чрезвычайно мало, порядка 3 x 10 в -21 степени джоуля при комнатной температуре. Измерение этого требует инструментов почти невообразимой точности. Затем в [музыка] 2012 году команда под руководством физика Эрика
48:34 Луца создала эксперимент, достаточно тонкий, чтобы это сделать. Они захватили одну микроскопическую частицу в ловушку, созданную сфокусированными лазерными лучами. Манипулировали ею, чтобы стереть один бит информации и измерили выделенное тепло. Результат совпал с формулой Ландаура. Информация имеет вес. Информация имеет температуру. Информация имеет физическую стоимость, которая заложена в законах термодинамики. Удаление факта о Вселенной высвобождает энергию во вселенную. Информация - это не описание физического мира, это часть физического мира. Интуиция Уиллера, высказанная в 1990 году, была подтверждена в лаборатории в 2012 году.
49:19 Теперь свяжем это с квантовыми компьютерами. [музыка] Квантовый компьютер, работающий в суперпозиции, в определённом смысле ещё не принимает окончательных ответов. Он удерживает несколько возможностей, открытыми одновременно, прежде чем коллапсировать в [музыка] результат. Некоторые исследователи предположили, что это может позволить квантовым вычислениям приблизиться к своего рода обратимости, которую классические вычисления не могут достичь, потенциально обходя часть тепловых затрат Ландаура. Если это правда, то квантовые вычисления не просто быстрее классических вычислений, они работают ближе к теоретическому, минимальному энергетическому порогу, который допускает физика. Они вычисляют таким образом, который больше соответствует тому, как сама Вселенная обрабатывает информацию, чем всё, что мы
50:05 создавали раньше. Машина не пробивается к ответу грубой силы. Оно шепчет реальности на её собственном языке, и реальность отвечает. Но есть ещё одна нить, связывающая информационную вселенную Улера с квантовыми вычислениями. И о ней большинство людей никогда не слышали за пределами продвинутых семинаров по теоретической физике. Это называется голографическим принципом, и он предполагает, что связь между информацией и физическим миром ещё более странная, чем представлял Уиллер. В 1990 годах два физика Герард Этхофт и Леонард [музыка] Саскинд, работая независимо, пришли к выводу, который на первый взгляд звучит так, будто его невозможно понимать буквально. Его следует понимать [музыка] буквально. Голофический принцип утверждает, что
50:52 максимальное количество информации, которое может содержаться внутри любой области пространства, определяется не объёмом этой области, оно определяется площадью её поверхности, [музыка] не внутренней частью, а границей. Можно было бы ожидать, что удвоение объёма коробки удвоит количество информации, которое она может вместить. Больше пространства, больше места для частиц, больше информации. Голофический принцип говорит: "Нет". Информационная ёмкость масштабируется с площадью поверхности, а не с объёмом. Вся информация, описывающая всё, что происходит внутри данной области пространства, полностью закодирована на двухмерной поверхности окружающей её. Внутренняя часть не является первичной, граница является.
51:39 Это не было выведено из философии, это не был мысленный эксперимент. Это было рассчитано на основе физики чёрных дыр. Когда материя падает в чёрную дыру, информация, которую она несёт, не исчезает во внутренней части. [музыка] Она кодируется на горизонте событий, двухмерной поверхности, которая отмечает границу чёрной дыры. Количество информации, которое может содержать чёрная дыра, пропорционально площади её горизонта событий, а не объёму, заключённому внутри неё. Хофт и Саскинд обобщили этот результат и предложили, что тот же принцип применим к любой области пространства, а не только к чёрным дырам. Трёхмерный мир внутри любого объёма полностью описывается информацией, закодированной на его двухмерной границе. Пространство, как мы
52:25 его воспринимаем, может быть своего рода проекцией, не иллюзией, а чем-то вроде производного объекта, чем-то, что возникает из более фундаментального слоя информации, закодированной в другом месте. Что означает? Что когда квантовый компьютер манипулирует информацией на самом фундаментальном физическом уровне, он может работать на уровне реальности, который более базовый, чем само пространство. Не внутри пространства, а под ним. Вычисление происходит не в каком-то месте, оно происходит на уровне, из которого возникают местоположения. Это предложение стоит перечитать. И вопрос, который из него вытекает, мы, как цивилизация, на мой взгляд, не осмыслили в достаточной мере. Если вселенная - это информация, если эта
53:10 информация голографически закодирована на границах, а не распределена по объёмам, если квантовые компьютеры работают на информационном субстрате, из которого возникают пространство и время, или вблизи него, то что именно мы строим, с чем мы взаимодействуем, когда выполняем квантовое вычисления и каковы последствия вмешательства на том уровне реальности, где физический мир ещё не собрался в ту форму, которую мы узнаём. Уиллер умер в 2008 году в возрасте 96 лет. Он не дожил до того, чтобы увидеть, как квантовые компьютеры достигают превосходства. Он не видел, как телескоп горизонта событий сфотографировал тень чёрной дыры. Он не видел экспериментального подтверждения того, что информация физична в термодинамическом смысле, о чём он давно
53:55 подозревал. Но оставлена им концепция, идея о том, что реальность является соучаствующей, что информация первична, что вселенная возникает из постановки вопросов да или нет, становится всё более актуальной с каждым достижением в квантовой технологии. Каждый кубит, находящийся в суперпозиции - это вопрос, на который Вселенная ещё не ответила. Каждое измерение, которое коллапсирует суперпозицию - это ответ, который создаёт часть реальности. И каждый работающий квантовый компьютер - это машина, которая участвует в процессе, описанно Уиллером. В процессе, посредством которого биты становятся [музыка] итами, посредством которого информация становится физическим миром. Мы проследили путь, который связывает машину в Санта-Барбаре с глубочайшей структурой реальности. От 200 секунд
54:42 Сикомур до параллельных миров Дойча, от кота Шрёдингера до дека Геренции Журика, от интерференции Феймона до алгоритма Шора взламывающего шифрования, от и избита Уиллера до термодинамического доказательства Ландауэра о том, что информация физична, от голографического принципа до возможности того, что квантовые вычисления происходят под самим пространством. Каждый шаг делал картину более странной. Каждый шаг отодвигал последствия. дальше от комфортного и привычного. И каждый шаг был подтверждён не спекуляциями, а экспериментом математикой работающими машинами. Вопрос, который остаётся, вопрос, который займёт последней главы этой истории, заключается в том, что будет дальше. Не с физикой. Физика
55:29 движется вперёд, с нашим пониманием или без него. Машины растут, кубиты множатся, алгоритмы совершенствуются. Что будет дальше? Это вопрос о нас. о том, что мы делаем с технологией, которая работает на фундаменте реальности, о том, кто её контролирует, о том, что она раскрывает, и о том, что значит жить во Вселенной, [музыка] где самый мощный инструмент, когда-либо созданный руками человека, работает, проникая в саму основу существования и перестраивая отрестой мир. Существует особый вид институционального сигнала, который легко пропустить, если его не искать. Это не пресс-релиз, это не заголовок, это государственное учреждение, которое
56:16 спокойно тратит 8 лет и значительные ресурсы на решение проблемы, которое официально ещё не существует. В 2016 году Национальный институт стандартов и технологий в Соединённых Штатах запустил конкурс. Они пригласили математиков и криптографов со всего мира представить новые алгоритмы шифрования, не улучшенные версии существующих, а принципиально другие. Алгоритмы, построенные на математических задачах, которые квантовый компьютер, работающий с алгоритмом Шора, не смог бы взломать. 82 команды из 2 стран представили свои предложения. Конкурс длился 8 лет. Окончательные стандарты были опубликованы 13 августа 2024 года.
57:02 Подумайте о том, что на самом деле сообщает эта последовательность событий. Государственный орган не тратит 8 лет и не координирует 82 международные команды для решения гипотетической проблемы. Они не публикуют обязательные стандарты для угрозы, которые существует только в теории. Неявное сообщение, содержащееся во всей структуре этого конкурса, таково: люди, имеющие доступ к секретной информации о состоянии квантового оборудования, считают, что угроза реальна, она приближается и приближается в такие сроки, которые требуют действий сейчас, а не через 50 лет. Сейчас. Публичные дискуссии о квантовых вычислениях, как правило, рассматривают их как проблему будущего, о которой
57:47 стоит подумать когда-нибудь потом. Конкурс является институциональным доказательством того, что некоторые очень серьёзные люди не разделяют этот временной график. И вот что лежит под этим и что труднее отбросить. Конкурс был запущен в 2016 году. Стандарты были [музыка] опубликованы в 2024 году. Системы, которые необходимо обновить для использования этих стандартов, фактической инфраструктуры интернета, банковского дела, правительственных коммуникаций, военных сетей, больничных баз данных, электросетей потребует ещё многих лет для модернизации. Это означает, что существует окно, разрыв между моментом, когда квантовые машины станут достаточно мощными, чтобы взломать текущее
58:34 шифрование и моментом, когда новое шифрование будет фактически установлено повсюду. Насколько велико это окно? Кто точно знает, насколько оно широко и кто прямо сейчас очень внимательно следит за его границами? Термин, который криптографы используют для этого разрыва, собирай сейчас, расшифровывай потом. Концепция проста. Вам не нужен квантовый компьютер сегодня, чтобы украсть завтрашние секреты. Вы собираете зашифрованные данные сейчас. Вы их храните, вы ждёте. Данные хранятся на серверах, на жёстких дисках, в архивах, на лентах. Они зашифрованы, они нечитаемы, они безопасны по сегодняшним стандартам. А затем в какой-то момент в будущем, когда
59:20 станет доступен квантовый компьютер, достаточно мощный для запуска алгоритма шора в масштабе, вы пропускаете через него сохранённые данные. Шифрование открывается, данные становятся читаемыми. Каждое электронное письмо, каждая транзакция, каждое секретное сообщение, каждая медицинская запись, каждая государственная тайна, [музыка] всё, что было зашифровано алгоритмами, которые ШОР доказал взламываемыми в 1994 году, становится прозрачным. Не в будущем, а сейчас, потому что данные уже были собраны, замок откроется. Единственный вопрос: когда? Кто собирает? Этот вопрос менее удобен, чем технический. Национальное государство с развитыми разведывательными возможностями имеет ресурсы и мотивацию для массового сбора
1:00:07 зашифрованных сообщений. Инфраструктура существует. Правовые рамки для массового сбора данных обсуждались, оспаривались и во многих случаях были санкционированы в различных юрисдикциях. Хранение дёшево, терпение не вызывает сомнений. Если зашифрованные сообщения вашего правительства с его союзниками перехватываются и хранятся стратегическим конкурентом, и этот конкурент инвестирует миллиарды долларов в исследование квантовых вычислений, то сроки расшифровки не абстрактны, они и [музыка] бюджетные. Это статья расходов в плане национальной безопасности, но криптографическая угроза, какой бы тревожной она ни была, является лишь наиболее конкретным выражением чего-то более глубокого. Настоящая история влияния квантовых вычислений не в том,
1:00:53 что они могут сломать, она в том, что они могут увидеть. Алгоритм Гровера, квантовый алгоритм поиска, который мы обсуждали в предыдущей главе, применяется не только к базам данных и взлому паролей. Он применяется к распознаванию образов, к поиску скрытой структуры в данных, к выявлению корреляций, которые ни одна классическая система не могла бы обнаружить, потому что классическое пространство поиска слишком велико. А паттерны слишком [музыка] тонкие. Квантовый компьютер, запускающий алгоритм Гровера, на достаточно большом наборе данных, не просто быстрее находит то, что вы ищете, он находит то, о чём вы не знали. Подумайте, что это означает для областей за пределами криптографии. Открытие лекарств, взаимодействие между молекулой кандидатом и белковым рецептором
1:01:39 включает квантово-механические эффекты, которые классические компьютеры не могут полностью смоделировать. Количество возможных молекулярных конфигураций для одного кандидата в лекарство, взаимодействующего с одним рецепторным участком, превышает вычислительную мощность всех классических суперкомпьютеров на Земле вместе взятых. Квантовые компьютеры, построенные на той же физике, которая управляет молекулярными взаимодействиями, могут моделировать эти системы изначально, не путём апропсимации, а путём выполнения тех же квантовых правил, которым подчиняются сами молекулы. Именно в этом заключалась первоначальная идея Ричарда Фейнмана. высказанное в 1982 году. Если вы хотите моделировать квантовую физику, создайте машину, которая работает на квантовой физике. Фармацевтическая
1:02:25 промышленность это осознала. Каждая крупная фармацевтическая компания имеет программу исследований в области квантовых вычислений. Потенциал сокращения сроков разработки лекарств с десятилетий до лет, выявление терапевтических соединений, которые классический скрининг никогда бы не обнаружил, моделирование биологических процессов на молекулярном уровне с полной квантовой точностью представляет собой трансформацию столь же фундаментальную, как изобретение микроскопа. Материаловедение. Свойство материала: его проводимость, прочность, сверхпроводящая температура, способность накапливать энергию. определяются квантово-механическим поведением его электронов. Разработка нового материала с определёнными желаемыми свойствами в настоящее время
1:03:11 требует многих лет экспериментальных проб и ошибок, потому что квантовое моделирование поведения электронов в кристаллической решётке является вычислительно неразрешимой задачей для классических машин. Квантовый компьютер мог бы моделировать эти системы напрямую, предсказывая свойства материалов, которые никогда не были синтезированы идентифицируя сверхпроводники, работающие при комнатной температуре, разрабатывая батареи с плотностью энергии, которая преобразует экономику возобновляемой энергии. Инженерные последствия не являются постепенными, [музыка] они цивилизационные. Климатическое моделирование. Поведение атмосферных систем включает взаимодействие между триллионами молекул на квантовом уровне. Современные климатические модели вынуждены использовать аппроксимации и усреднения,
1:03:56 потому что полное квантовое моделирование атмосферной химии находится за пределами возможностей классических методов. Квантовые компьютеры могли бы моделировать эти взаимодействия с точностью, которая выявляет динамику, невидимую для текущих симуляций, потенциально идентифицируя переломные моменты, петли обратной связи и стратегии смягчения последствий, которые сегодняшние модели не могут разрешить. И кроме того, есть приложения, о которых ещё никто не думал. Это та часть, которая заслуживает наибольшего внимания и получает наименьшее. Каждая по-настоящему преобразующая технология в истории приводила к последствиям, которые её создатели не предвидели. Изобретатели печатного станка не предвидели протестантской реформации, разработчики
1:04:44 интернета не предсказывали социальные сети. Инженеры, создавшие первый транзистор, не представляли, что он приведёт к появлению устройства в каждом кармане, которое содержит больше вычислительной мощности, чем Аполлон. Фундаментальная физика понятна, инженерия развивается, ранние приложения исследуются, но приложения, которые определят технологию, те, которые изменят экономики, институты и повседневного подбытия, ещё не были задуманы. Они возникнут [музыка] на пересечении квантовых возможностей с проблемами, которые мы в настоящее время не считаем разрешимыми. Машины растут. В 2019 году 53 куби. В 2023 году 1121. [музыка]
1:05:30 В 2024 году Microsoft анонсировала первый топологический кубит. Кубит, защищённый от ошибок не инженерии, а геометрии самого пространства. Кубит, который стабилен не потому, что он экранирован, а потому, что информация, которую он несёт, не имеет единого местоположения. Она существует во взаимосвязи между частицами, которые могут быть физически разделены. Ошибка должна была бы повредить оба местоположения одновременно, чтобы уничтожить информацию. Обычный окружающий шум не может этого сделать. Кубит становится стабильным, [музыка] потому что он нигде конкретно не находится. Это больше не инженерная задача. Это новый вид [музыка] объекта. Вещь, определяющая свойство которой, распределено в пространстве таким
1:06:15 образом, что не имеет классического аналога. Рост нелине, он даже не является чисто экспоненциальным. Это нечто более сложное, обусловленное одновременными достижениями в аппаратном обеспечении, коррекции ошибок, разработке алгоритмов и огромным объёмом инвестиций, поступающих в эту область от правительств и корпораций, которые понимают, что поставлено на карту. Китай запустил квантовый спутник. Европа
…
