Er kvanteberegning i 'Devs' virkelig mulig?

En historie med determinisme

Hypotesen om at vi kan forutsi fremtiden gjennom informasjon er faktisk ikke så moderne som det kan høres ut. I årtusener har filosofer spekulert i det universelle forholdet mellom årsak og virkning, og som (hvis noen) eksisterer til tjeneste for den andre. Går årsaken alltid foran effekten? Eller eksisterer allerede "potensialet" til noe stoff i dets "virkelighet", som Aristoteles ville det ha det? Og i så fall er denne kunnskapen tilgjengelig? Selve showet refererer til den rike historien til problemet det tapper på i episode 7, når fysiker Stewart siterer den franske lærde Pierre-Simon Laplace. Sitatet er langt, og ikke tilskrevet.

Vi kan anse den nåværende tilstanden til universet som effekten av fortiden og årsaken til dens fremtid. Et intellekt som til enhver tid kjente alle kreftene som animerer naturen og de gjensidige posisjonene til de vesener som komponerer den, hvis dette intellektet var stort nok til å overføre dataene til analyse, kunne kondensere til en enkelt formel bevegelsen til kroppene til universet og det letteste atom; for et slikt intellekt kunne ingenting være usikkert, og fremtiden, akkurat som fortiden, ville være tilstede foran øynene.

Selv om dette høres ut som forkant av vitenskapelig tanke, bare gjort mulig gjennom utvikling av kvantemekanikk gjennom hele 20^th århundre skrev Laplace ideen ned i 1814.

Den allvitende intelligensen som Laplace forestiller seg, som har blitt kalt 'Laplace's demonble sannsynligvis konseptualisert i sin tid av opplysning ikke som en demon, men som Gud. Religion har siden uminnelige tider antydet at fremtiden vår er kjent og bestemt av et høyere vesen. Om kunnskapen holdes av Gud, en avansert sivilisasjon i henhold til holografisk prinsipp, eller av en maskin som i devs, menneskeheten har alltid ønsket å vite om vi virkelig har fri vilje. Hvis Laplace eller Forest er riktig, og all informasjonen om vår fortid og fremtid allerede er lagret i universets kvanteenergi, gjør vi det ikke. Og fremtiden kan være kjent.

Er Forest maskin mulig?

Det er to dominerende teorier i kvantefysikk som antar universets fullstendige determinisme, og de er begge nevnt i showet: De Broglie-Bohm eller 'pilotbølge' teori, og Mange verdener tolkning. Logikken til den første teorien brukes i lignelsen om pennen: det er en bestemt kurs for historien, og den kan fastslås gjennom kvanteinformasjon. The Many Worlds-teorien sier imidlertid at hver gang en "beslutning" tas på partikkelnivå, forgrener tiden seg til separate virkeligheter der enhver mulighet blir realisert, og muligens skaper uendelige forskjellige universer. Du kan gjenkjenne denne teorien fra slike klassikere som Spiderman: Into the Spider-Vers.

Mens Forests team opprinnelig jobber under forutsetningen om at pilotbølgeteorien er riktig, viser det seg at ligningen for Many Worlds har nøkkelen til å få kvantecomputeren til å kjøre. Hvis begge viser seg å være sanne i virkeligheten, Dev's proposisjon om at vi kan kikke inn i fremtiden vår potensielt fortsatt holder.

Disse to teoriene om determinisme er på ingen måte utkant i det vitenskapelige samfunnet. De har en ganske heftig støtte fra et stort antall moderne fysikere, og de får innflytelse over tid etter hvert som forskere i økende grad avviser København-tolkning.

Imidlertid, bare fordi kvanteteorien holder seg, betyr ikke det at Forests maskin er mulig.

Som informatiker påpeker Dr. Scott Aaronson i et intervju om forestillingen, kan en datamaskin eller algoritme av noe slag, kvante eller nei, bare sende ut informasjon som tilsvarer dataene den mottar. For at den skal kunne beregne alt som noen gang vil være, må den kjenne den nåværende og tidligere situasjonen til alt som noen gang var.

'Jeg tviler på at rekonstruering av den fjerne fortiden egentlig er et' beregningsproblem 'i den forstand at selv den kraftigste science-fiction superdatamaskinen fremdeles ikke kunne gi deg pålitelige svar hvis den manglet de riktige inndataene, sier Aaronson, å legge til 'Så vidt vi vet i dag, er det beste en datamaskin (klassisk eller kvante) muligens, selv i prinsippet, med alle data vi kan samle på, å forutsi en rekke mulige fremtider og en rekke mulige fortid . '

'Dataene om at det ville trenge å erklære en av dem som den' virkelige 'fremtiden eller den' virkelige 'fortiden, ville rett og slett ikke være tilgjengelige for menneskeheten, men heller tapt i mikroskopiske luftpust, stråling som flyr fra jorden til plass osv. '

Med andre ord, for å forutsi banen til en penn nøyaktig, trenger du å vite bokstavelig talt alt om omstendighetene som fikk den til å rulle slik den gjorde. De mikroskopiske svingningene i støvet motes rundt det, som igjen påvirkes av været i lokalområdet, som igjen påvirkes av månens posisjon og på den går. Det er en umulig mengde data.

Så for å bygge en kvantecomputer som den i devs, Google eller IBM måtte ikke bare utnytte kvanteenergi, men komme med et helt nytt og enestående system for informasjonsinnsamling som overgår alt vi har nå med en dum størrelsesorden. Det er sannsynligvis (og heldigvis) ikke sannsynlig at noen teknologiske milliardærer fra Musk-typen kommer til å bli forhøyet til fullstendig klarsyn når som helst snart.

Hva da, kan vi forventer fra de første kvantedatamaskinene uunngåelig på vei?

En mer sannsynlig kvantefremtid

Vel, det viktigste salgsargumentet for kvanteberegning slik vi forstår det, er dens evne til å dverge våre nåværende prosesseringsmuligheter. Tenk deg den kraftigste datamaskinen du muligens kan bygge, og bygg deretter en billion identiske kopier som hver fungerer i parallelle dimensjoner. Dette er løftet fra kvantecomputere: de bruker sannsynlighetsprinsipper for å utføre en uforståelig mengde ligninger samtidig.

De mest umiddelbare implikasjonene dette ville ha for samfunnet er innen medisin, handel og AI. Det grunnleggende prinsippet med AI er at jo mer tilbakemeldinger du gir et dataprogram, jo ​​mer nøyaktig blir det. Med kvanteberegning trengte "prøving og feiling" -læringskurven for å skyve AI-er inn i Westworld modell av følsomhet og forståelse vil bli betydelig redusert. Kvantealgoritmer vil kunne øke hastigheten på språkbehandling, slik at AI kan forstå menneskelig kommunikasjon mer robust.

Når du tenker på det, er stort sett alle områder av teknologisk utvikling - sykdomsforskning, værforutsigelse, til og med valgmåling - basert på algoritmer og data. En kvantecomputer kan håndtere all denne informasjonen i en brøkdel av et sekund og bruke den til å komme med spådommer like raskt. Selv om vi kanskje ikke kan gi en slik enhet atominformasjon om hele universets historie, har vi kan legg inn historien til det amerikanske aksjemarkedet, resultatene av narkotikaforsøk eller dagens modellering av fornybar energi.

Vi vil kunne bruke denne informasjonen til å bestemme en ideell 'modell' for samfunnet - ved hjelp av studentdata og læringsstatistikk for å produsere personlig læreplan, forutsi vekst på arbeidsmarkedet og etterspørsel etter dyktige og kunnskapsrike arbeidstakere med presisjon, og nøyaktig forutsi sosiale indikatorer som inntekt ulikhet å gi råd til lovgivere.

Google har allerede laget noe fremgang i dette med deres kvanteprototype på 53 qubit (for referanse, når et tegn spør Forest hvor mange qubits datamaskinen hans kan behandle, svarer han "et tall som virker meningsløst å sette ord på", så Google har en vei å gå ennå ). Forskere utførte en prøve tidlig i 2019, der de angivelig ba datamaskinen om å løse en beregning som beviser tilfeldigheten av tall produsert av en tilfeldig tallgenerator som ville ha tatt verdens raskeste tradisjonelle datamaskin, Summit, rundt 10,000 3 år å behandle. Kvantecomputeren kom med et nøyaktig bevis på 20 minutter og XNUMX sekunder.

I hovedsak vil resultatet av kvantedatamaskiner være kunnskap i en enestående skala. De mest spennende anvendelsene av kvanteberegning er nesten helt sikkert ting vi ennå ikke kan tenke oss. Selv om det nå ikke er mulig å skape Forests visjon om en komplett allvitende maskin, har kunnskap og teknologisk produksjon en tendens til å trenge eksponentielt oppover. Å låse opp kvanteområdet vil i sin tur gi oss mange flere spørsmål å svare på, og produsere flere nøkler til dører som vi ikke visste eksisterte. Kanskje, bak en av disse dørene, vil det være mulig å forutsi fremtiden.

Foreløpig er alt vi kan gjøre håp er at den som endelig kommersialiserer kraften til kvantecomputeren, vil gjøre det til tjeneste for menneskeheten, ikke deres bunnlinje.