Жизнь на грани. Ваша первая книга о квантовой биологии

Так или иначе, большинство людей, вероятно, на стороне дуализма — убеждения, по которому ум/душа/сознание есть не что иное, нежели физическое тело. Но дуализм утратил уважение в научных кругах в XX веке, и большинство нейробиологов теперь предпочитают идею монизма — убеждение, что ум и тело суть одно и то же. Например, нейрофизиолог Марсель Кинсборн утверждает: «Осознавать — значит иметь нейронную схему для каждого интерактивного функционального состояния»[149]. Но логические элементы компьютера, как мы уже отмечали, весьма похожи на нейроны, и непонятно, почему множество связанных компьютеров, как во Всемирной сети, где около миллиарда интернет-хостов (хотя это все равно меньше по сравнению с 100 миллиардами нейронов мозга), не проявляют никаких признаков сознания. Почему кремниевые компьютеры — зомби, тогда как компьютеры из плоти — сознательны? В сложности ли дело и полной «взаимоподключенности» наших клеток мозга при непохожести этого на Всемирную паутину[150] или же в том, что сознание — это совершенно иного рода вычисления?

Конечно, есть множество толкований сознания, которые изложены в целом ряде книг по этой теме. Но в нашем случае мы сосредоточим внимание на весьма спорном, но увлекательном утверждении, которое имеет самое непосредственное отношение к нашей теме, а именно, что сознание является феноменом квантовой механики. В этом отношении наиболее известен пример оксфордского математика Роджера Пенроуза, который в своей книге 1989 года «Новый ум короля» утверждал, что человеческий разум — это квантовый компьютер.

Вы, наверное, помните разговор о квантовых компьютерах в главе 4, где мы вспоминали статью из New York Times 2007 года, в которой утверждалось, что растения — это квантовые компьютеры. Исследователи Массачусетского технологического института в конце концов пришли к мысли, что системы фотосинтеза у микробов и растений действительно могут выполнять своего рода квантовые вычисления. Но могут ли их собственные умы так же работать в квантовой сфере? Для того чтобы изучить этот вопрос, мы сначала должны более внимательно взглянуть на то, что такое квантовые компьютеры и как они работают.

Расчеты с квантовыми битами

Когда мы думаем о компьютере сегодня, мы имеем в виду электронное устройство, способное выполнять инструкции по манипулированию и обработке информации при помощи совокупности электрических переключателей во включенном или выключенном состоянии, каждый из которых способен кодировать двоичное число (или бит) как 1 или 0. Совокупность таких переключателей может организовываться для построения схем, выполняющих логические инструкции, которые могут быть объединены и использованы для выполнения арифметических операций, таких как сложение и вычитание, или в действительности для открытия и закрытия каналов, описанных нами применительно к нейронам. Большим преимуществом этого электронного цифрового компьютера является то, что такие расчеты намного быстрее, чем любой ручной способ выполнения такой же задачи, будь то подсчет на пальцах, в уме или на бумаге.

Но в то время, как электронные компьютеры могут чрезвычайно быстро высчитывать суммы, даже они не могут уследить за сложностью квантового мира с множеством пересекающихся вероятностей. Чтобы преодолеть эту проблему, лауреат Нобелевской премии физик Ричард Фейнман придумал возможное решение. Он предложил выполнять вычисления в квантовом мире с помощью квантового компьютера.

Чтобы увидеть, как квантовые компьютеры могли бы работать, полезно будет в первую очередь представить бит классического компьютера в виде сферического компаса, стрелка которого может указывать либо на 1 (северный полюс), либо на 0 (южный полюс) и может вращаться на 180°, переключаясь между этими двумя состояниями (рис. 8.4, а). Центральный процессор (ЦПУ) компьютера состоит из многих миллионов этих однобитовых переключателей, поэтому весь вычислительный процесс может быть представлен как применение сложного набора коммутационных правил (алгоритмов), которые могут поворачивать множество сфер на 180°.

Рис. 8.4. Бит классического компьютера в виде сферического компаса: а — классический бит, переключаемый с 1 на 0, представлен как вращение классической сферы на 180°; б — кубит (квантовый бит), переключаясь, может быть представлен как вращение сферы через любой произвольный угол. Тем не менее когерентный кубит может быть также в суперпозиции для множества вращений; в — три когерентных кубита в состоянии запутанности, как будто воображаемые нити соединяют поверхности каждой сферы. Натяжение этих нитей, следуя вращениям, иллюстрирует квантовые вычисления