«Если», 2006 № 1

В соответствии с «копенгагенской интерпретацией», кошка не является ни живой, ни мертвой до момента, когда ящик будет открыт, вследствие чего волновая функция кошки (а как звучит!) коллапсирует в одну из двух альтернатив: кошка живая или кошка мертвая. По Шрёдингеру, парадокс заключается в том, что кошка, предположительно, знала, жива ли она, еще до того, как ящик был открыт. По теории ИММ, устройство расщепляется на два состояния (цианид выпущен или не выпущен) в момент радиоактивного распада, который является термодинамически необратимым процессом. Когда «цианид-да»/«цианид-нет» взаимодействует с кошкой, та расщепляется на два состояния — живая или мертвая. С точки зрения выжившей кошки, она обитает в другом мире относительно своей покойной копии. Наблюдатель расщепляется на две копии, только когда ящик открывается, и эти копии различаются состоянием кошки.

Кошка расщепляется, когда устройство срабатывает, причем необратимо. Наблюдатель расщепляется, когда они открывают ящик. Живая кошка понятия не имеет о том, что наблюдатель расщепился, равно как не сознает, что в соседнем, «отщепившемся» мире находится мертвая кошка. Наблюдатель же может прийти к выводу (уже после события, осмотрев механизм выброса цианида или заглянув в память кошки), что кошка расщепилась до того, как ящик был открыт.

Покончив с объяснением одной из заложенных в повесть идей, рассмотрим суть второй идеи — квантовый компьютер и принципы его работы.

Квантовый компьютер — это (пока) гипотетическая машина, производящая вычисления, основанные на поведении частиц на субатомном уровне. Такой компьютер теоретически будет в миллионы раз мощнее любых современных. Это станет возможно благодаря тому, что единицы данных в нем могут существовать более чем в одном состоянии одновременно. В каком-то смысле машина будет «обдумывать» несколько идей одновременно, и каждая такая «мысль» будет независима от остальных, хотя все они и произошли от одного и того же набора частиц. Базовой единицей данных в КК является кубит.

Наибольшая трудность в создании КК связана с тем, что заставить частицы вести себя должным образом в течение значительного отрезка времени чрезвычайно сложно. А из-за малейшего внешнего воздействия машина перестает вести себя «по-квантовому» и переходит в режим «одной мысли», как у обычного компьютера. Такой помехой могут стать электромагнитные поля, физическое перемещение или даже очень слабый электрический разряд.

Кубит (кьюбит) — это квантовый бит, аналог двоичного числа, бита, из классического компьютера. Подобно тому как бит является базовой единицей информации в классическом компьютере, так и кубит есть базовая единица информации в квантовом компьютере (КК).

Такой компьютер может использовать элементарные частицы (например, электроны или фотоны), у которых заряд или поляризация служат репрезентацией 0 и/или 1. Каждая из таких частиц называется кубит, а их природа и поведение являются основой квантовых вычислений. Два наиболее важных аспекта квантовой физики — это принципы суперпозиции и сцепления.

Представим кубит как электрон в магнитном поле. Его спин (вращение) может быть направлен или вдоль поля (состояние «спин-вверх»), или навстречу полю (состояние «спин-вниз»). Изменить состояние спина можно с помощью импульса энергии, например, лазера. Допустим, на это мы потратим 1 единицу энергии лазера. Но что если мы используем лишь 0,5 единицы энергии лазера и при этом полностью изолируем частицу от всех внешних влияний? Тогда по законам квантовой физики частица войдет в суперпозицию (наложение) состояний, в которой она ведет себя так, словно находится в обоих состояниях одновременно. Каждый из наших кубитов может находиться в суперпозиции как 0, так и 1. Отсюда число вычислений, которые может произвести КК, есть 2ⁿ, где п — количество использованных кубитов. КК из 500 кубитов будет иметь потенциал до 2⁵⁰⁰ параллельных вычислений за каждый шаг — это число неизмеримо больше числа атомов в известной Вселенной! Причем это будут истинно параллельные вычисления, а не много процессоров, работающих одновременно в современных компьютерах.

Но как эти частицы будут взаимодействовать? Через так называемое квантовое сцепление.