Är kvantberäkningen i "Devs" verkligen möjlig?

En historia av determinism

Hypotesen att vi kan förutsäga framtiden genom information är faktiskt inte så modern som det kanske låter. I årtusenden har filosofer spekulerat i det universella förhållandet mellan orsak och verkan, och som (om någon av dem) finns till tjänst för den andra. Går orsaken alltid före effekten? Eller finns "substansens potential" för något ämne redan i dess "verklighet", som Aristoteles skulle det ha? Och i så fall är denna kunskap tillgänglig? Själva showen refererar till den rika historien om det problem som den tappar in i avsnitt 7, när fysikern Stewart citerar den franska forskaren Pierre-Simon Laplace. Citatet är långt och otillskrivet.

Vi kan betrakta universums nuvarande tillstånd som effekten av dess förflutna och orsaken till dess framtid. Ett intellekt som vid varje givet ögonblick kände till alla de krafter som animerar naturen och de ömsesidiga positionerna hos de varelser som komponerar den, om detta intellekt var tillräckligt stort för att överlämna uppgifterna till analys, kunde kondensera till en enda formel rörelsen för den största universums kroppar och den av den lättaste atomen; för ett sådant intellekt kunde ingenting vara osäkert och framtiden, precis som det förflutna, skulle vara närvarande inför dess ögon.

Även om detta låter som framkant för vetenskapligt tänkande, endast möjliggjort genom utveckling av kvantmekanik under 20^th århundrade skrev Laplace ner idén 1814.

Den allvetande intelligensen som Laplace föreställer sig, som har kommit att kallas 'Laplaces demon'', antogs förmodligen i sin tid av upplysningen inte som en demon utan som Gud. Religion har sedan urminnes tider föreslagit att vår framtid är känd och bestämd av en högre varelse. Huruvida kunskapen innehas av Gud, en avancerad civilisation enligt holografisk princip, eller av en maskin som i devs, mänskligheten har alltid velat veta om vi verkligen har fri vilja. Om Laplace eller Forest är korrekta och all information om vårt förflutna och framtid redan är lagrad i universums kvantenergi, så gör vi det inte. Och framtiden kan vara känd.

Är Forest's machine möjlig?

Det finns två dominerande teorier inom kvantfysik som antar universums fullständiga determinism och de nämns båda i showen: De Broglie-Bohm eller "pilotvåg" teori, och Många världstolkningar. Logiken i den första teorin används i liknelsen om pennan: det finns en bestämd kurs för historia, och den kan fastställas genom kvantinformation. The Many Worlds teorin säger emellertid att varje gång ett "beslut" fattas på en partikelnivå, förgrenas tiden till separata verkligheter, varigenom varje möjlighet realiseras, vilket möjligen skapar oändliga olika universum. Du kanske känner igen denna teori från sådana klassiker som Spiderman: Into the Spider-Vers.

Medan Forests team initialt arbetar under förutsättningen att pilotvågsteorin är korrekt, visar det sig att ekvationen för Many Worlds har nyckeln till att få kvantdatorn att köra. Om endera visar sig vara sant i verkligheten, Dev's förslag om att vi kan kika in i vår framtid potentiellt fortfarande håller.

Dessa två teorier om determinism är på intet sätt kantiga i vetenskapssamhället. De har en ganska rejäl stöd av ett stort antal moderna fysiker, och de får inflytande över tiden när forskare i allt högre grad avvisar Köpenhamn tolkning.

Men bara för att kvantteorin håller på, betyder det inte att Forests maskin är möjlig.

Som datorforskare påpekar Dr Scott Aaronson i en intervju om showen, kan en dator eller algoritm av något slag, kvant eller ingen, bara mata ut information som motsvarar den information den får. För att den ska kunna göra beräkningar om allt som någonsin kommer att bli måste den känna till den nuvarande och tidigare situationen för allt som någonsin varit.

`` Jag tvivlar på att rekonstruera det avlägsna förflutna egentligen är ett '' beräkningsproblem '' alls i den meningen att även den mest kraftfulla science-fiction superdatorn fortfarande inte kunde ge dig tillförlitliga svar om den saknade lämpliga indata, säger Aaronson, lägga till 'Så vitt vi vet idag är det bästa som någon dator (klassisk eller kvant) möjligen kan göra, även i princip, med all information vi eventuellt kan samla in, att förutsäga en rad möjliga framtider och en rad möjliga förflutna . '

'' Uppgifterna om att de skulle behöva förklara en av dem som '' verklig '' framtid eller '' verkligt '' förflutna skulle helt enkelt inte vara tillgängliga för mänskligheten utan snarare förlorade i mikroskopiska luftpustar, strålning som flyger bort från jorden till utrymme etc. '

Med andra ord, för att förutsäga banans exakta banor, kommer du att behöva veta bokstavligen allt om omständigheterna som fick den att rulla som den gjorde. De mikroskopiska fluktuationerna i dammet rör sig runt det, vilket i sin tur påverkas av vädret i det lokala området, vilket i sin tur påverkas av månens position och fortsätter. Det är en omöjligt mängd data.

Så för att bygga en kvantdator som den i devs, Google eller IBM måste inte bara utnyttja kvantenergi utan också komma med ett helt nytt och aldrig tidigare skådat system för informationsinsamling som överstiger allt vi har nu med en dum ordningsstorlek. Det är förmodligen (och tack och lov) inte troligt att några tekniska miljardärer från Musk-typ kommer att höjas till fullständig klarsyn när som helst.

Vad händer då, Kan förväntar vi oss från de första kvantdatorerna oundvikligen på väg?

En mer sannolik kvantframtid

Tja, den huvudsakliga försäljningsargumentet för kvantberäkning, som vi förstår det, är dess förmåga att dvärga våra nuvarande bearbetningsmöjligheter. Föreställ dig den mest kraftfulla datorn du kan bygga och bygg sedan en biljon identiska kopior som var och en fungerar i parallella dimensioner. Detta är kvantdatorns löfte: de använder sannolikhetsprinciper för att utföra en obegriplig mängd ekvationer samtidigt.

De mest omedelbara konsekvenserna detta skulle ha för samhället är inom medicin, handel och AI. Grundprincipen för AI är att ju mer feedback du ger ett datorprogram, desto mer exakt blir det. Med kvantberäkning behövde inlärningskurvan "försök och fel" för att driva AI i Westworld modell för känsla och förståelse kommer att minskas avsevärt. Kvantalgoritmer kommer att kunna påskynda språkbehandlingsfunktionerna, vilket gör det möjligt för AI att förstå mänsklig kommunikation mer robust.

När du tänker på det är i stort sett alla områden av teknisk utveckling - sjukdomsforskning, väderprognos, till och med valundersökning - baserade på algoritmer och data. En kvantdator kan hantera all denna information på en bråkdel av en sekund och använda den för att göra förutsägelser lika snabbt. Även om vi kanske inte kan mata en sådan anordning atominformation om hela universums historia, vi Kan ange historien om den amerikanska aktiemarknaden, resultat av läkemedelsförsök eller aktuell modellering av förnybar energi.

Vi skulle kunna använda den här informationen för att bestämma en idealisk '' modell '' för samhället - genom att använda studentdata och inlärningsstatistik för att producera en personlig läroplan, förutsäga tillväxt på arbetsmarknaden och efterfrågan på skickliga och kunniga arbetstagare med precision och korrekt förutsäga sociala indikatorer som inkomst ojämlikhet för att ge råd till lagstiftare.

Google har Redan gjort några framsteg i detta med sin kvantprototyp på 53 kvbit (för referens, när en karaktär frågar Forest hur många qubits hans dator kan bearbeta, svarar han "ett nummer som verkar meningslöst att sätta ord på", så Google har ett sätt att gå ännu ). Forskare utförde en prövning i början av 2019, där de enligt uppgift bad sin dator att lösa en beräkning som bevisade slumpmässigheten hos siffror som producerats av en slumpgenerator som skulle ha tagit världens snabbaste traditionella dator, Summit, cirka 10,000 3 år att bearbeta. Kvantdatorn kom med ett korrekt bevis på 20 minuter och XNUMX sekunder.

I huvudsak kommer resultatet av kvantdatorer att vara kunskap i en aldrig tidigare skådad skala. De mest spännande tillämpningarna av kvantberäkning är nästan säkert saker som vi ännu inte kan föreställa oss. Även om det inte är möjligt nu att skapa Forests vision om en komplett allvetande maskin, tenderar kunskap och teknisk produktion att exponentiellt utvecklas. Att låsa upp kvantområdet kommer i sin tur att ge oss mycket fler frågor att svara på och producera fler nycklar till dörrar som vi inte visste fanns. Kanske, bakom en av dessa dörrar, kommer det att vara möjligt att förutsäga framtiden.

För tillfället är allt vi kan hoppas att den som äntligen kommer att kommersialisera kvantdatorns kraft kommer att göra det till tjänst för mänskligheten, inte deras slutresultat.