Программируя Вселенную. Квантовый компьютер и будущее науки

Оглавление

Сет Ллойд. Программируя Вселенную. Квантовый компьютер и будущее науки

Предисловие автора к русскому изданию

Пролог

Яблоко и Вселенная

Часть I. Общая картина

Глава 1. Введение

Квантовый компьютер

Язык природы

Революции в сфере обработки информации

Глава 2. Вычисление

Информация

Точность

Смысл

Компьютер

Логические схемы

«Невычислимость»

Глава 3. Вычислительная Вселенная

История Вселенной, часть первая

Энергия, или Первое начало термодинамики

Энтропия, или Второе начало термодинамики

Свободная энергия

История Вселенной, часть вторая

Порядок из хаоса (эффект бабочки)

Универсальный компьютер

Цифровое и квантовое

Вычисления и сложность

Часть II. Крупным планом

Глава 4. Информация и физические системы

Информация как физическая величина

Истоки вычислительной модели

Атомная гипотеза

Принцип Ландауэра

Распространение неведения

Неведение атомов

Снукер

Эффект спинового эха

Изгнание демона Максвелла

Атомное вычисление

Глава 5. Квантовая механика

В саду

Корпускулярно-волновой дуализм

Двухщелевой эксперимент

Декогерентность

Квантовые биты

Принцип неопределенности Гейзенберга

Щелкающие кубиты

Кубит и декогерентность

Запутанность

Призрачное дальнодействие

Проблема квантового измерения

Многомировая интерпретация

Глава 6. Атомы за работой

Разговаривая с атомами

Квантовые вычисления

И снова проблема измерения

Разложение на множители

Поиск

Создание квантового компьютера

Глава 7. Универсальный компьютер

Моделирование Вселенной

Моделирование и реальность

История вычислительной Вселенной

Физические ограничения вычислений

Вычислительная мощь Вселенной

Ну и что?

Квантовые вычисления и квантовая гравитация

Глава 8. Упрощая сложность

Как сделать вещи сложными

Алгоритмическая информация

Алгоритмическая вероятность

Что такое сложность?

Эффективная сложность

Почему Вселенная сложна?

Возникновение жизни

И снова многомировая интерпретация

Будущее

Быть человеком

Универсальные мысли

Личные заметки: информация как утешение

Благодарности

Дальнейшее чтение

Об авторе

Отрывок из книги

Я с удовольствием пишу это специальное введение для издания книги «Программируя Вселенную» на русском языке. Я хотел бы поблагодарить Сергея Белоусова, Евгения Демлера, Мишу Лукина и всех коллег из Российского квантового центра, которые помогли сделать возможной публикацию этого русского перевода. Российский квантовый центр – это новое прогрессивное учреждение, которое сохраняет великую русскую традицию фундаментальной науки. Исследователи центра уже внесли важный вклад в теорию и практику обработки квантовой информации, которая является одной из центральных тем моей книги. Я с нетерпением жду от этой научной организации новых больших и прекрасных научных достижений.

Идея «Программируя Вселенную» состоит в том, что мы должны воспринимать Вселенную в терминах обработки информации, проводимой ею на самом фундаментальном уровне. В традиционном физическом описании Вселенной главной величиной является энергия. Недавно, однако, стало ясно, что информация является столь же важной величиной. Как гласит знаменитая формула Эйнштейна E = mc², вся материя сделана из энергии. Однако информация задает форму, которую принимает вещество, и определяет те преобразования, которым подвергается энергия. В глубине своей Вселенная – это танец вращений и щелкающих звуков, в котором энергия и информация являются равными партнерами. Вселенная, в сущности, является гигантским компьютером, в котором каждый атом и каждая элементарная частица содержат биты информации, и каждый раз, когда два атома или две частицы сталкиваются, эти биты меняют свои значения. Вычислительная природа Вселенной дает начало ее запутанности и сложности: все, что может быть вычислено – все, что может вообразить наш разум, и даже сверх того – существует где-то во Вселенной.

.....

Трудно ли говорить «на языке атомов»? Чтобы пользоваться этим языком свободно, нужно учиться всю жизнь. Сам я владею им плохо по сравнению с другими учеными и квантовыми инженерами, с которыми вы встретитесь на страницах этой книги. Но поддерживать с атомами простую беседу не так уж трудно.

Как и все языки, «язык атомов» легче выучить, когда вы молоды. Мы с Полом Пенфилдом читаем курс лекций для первокурсников Массачусетского технологического института, он называется «Информация и энтропия». Цель этого курса, как и цель этой книги, – раскрыть фундаментальную роль, которую информация играет во Вселенной.

.....