Stanis│aw Lem
"Kwantowy komputer"

 

1 áááááááááJak powiada fachowiec, w ci╣gu ostatnich piΩµdziesiΩciu lat co dwa lata komputery stawa│y siΩ coraz szybsze, za£ ich elementy coraz mniejsze. Jednakowo┐ nie ulega w╣tpliwo£ci, ┐e trend ≤w musi mieµ sw≤j kres: kresem tym wydawa│a siΩ zrazu struktura materii w skali najmniejszej, czyli tam, gdzie cz╣stka JEST fal╣, za£ fala JEST cz╣stk╣ i gdzie rz╣dzi heisenbergowska relacja nieoznaczono£ci. Jak m≤wi│ Niels Bohr, cz│owiek, kt≤ry dog│Ωbnie studiuje mechanikΩ kwantow╣, a nie doznaje zawrotu g│owy, nie ogarnia jej prawid│owo£ci w spos≤b rzeczywi£cie w│a£ciwy, poniewa┐ te kwantowe prawid│owo£ci przecz╣ "zdrowemu rozs╣dkowi" naszemu, s╣ kontrintuicyjne i najwyraƒniej gwa│c╣ podstawowy kanon przyczynowo£ci (kauzalizmu). Aby od razu wej£µ w to piek│o paradoksu nale┐y zwa┐yµ, ┐e nie tylko na papierze i teoretycznie, ale w eksperymentach, od kt≤rych jako wykrywalnych fakt≤w po prostu nie mamy ju┐ donik╣d ┐adnego odwo│ania, nie jest tak, jak utrzymywali niekt≤rzy fizycy-optymi£ci (Bohm na przyk│ad), ┐e pΩd i po│o┐enie swoje ma elektron TAK»E przed jakimkolwiek pomiarem, a tylko my obojga a┐ do dokonania nie znamy (niby: nie wiadomo, czy i gdzie czarny kot znajduje siΩ w ciemnym pokoju, lecz on tam albo gdzie£ jest, albo go nie ma). Tymczasem okaza│o siΩ, ┐e tak nie jest. Jakkolwiek obra┐a to nasze intuicje, elektron mo┐e byµ zarazem "i tu i tam", dop≤ki go nie poddamy do£wiadczalnie pomiarowi. To te┐ nie jest jeszcze najgorsze, albowiem jest te┐ tak, ┐e jako cz╣stka, kt≤ra JEST fal╣, elektron mo┐e interferowaµ z innym elektronem, a co fatalniejsze, mo┐e te┐ oddzia│ywaµ sam na siebie i powstaje wtedy to, co fizyka kwantowa zwie "superpozycj╣". Ja tu nie zamierzam i£µ dalej w g│╣b niesamowitego £wiata kwant≤w, lecz powiedzia│em to tylko, co w skromnej mierze pozwoli na prezentacjΩ powstaj╣cej ju┐ perspektywy zbudowania komputera kwantowego. Wydaje siΩ (z rozs╣dnej ostro┐no£ci powiadam "wydaje siΩ", a nie "wiem na pewno"), i┐ to ju┐ by│by kres zar≤wno mikrominiaturyzacji, jak przyspieszania czynno£ci logicznych komputer≤w, poniewa┐ docieramy t╣ drog╣ do ostatecznych granic materii. My£la│em ongi£, ┐e granica zostanie osi╣gniΩta, kiedy atomy, tworz╣ce okre£lone zwi╣zki chemiczne, bΩd╣ funkcjonowa│y jako "ostateczne", tj. najbardziej elementarne "bramki logiczne", ale siΩ pomyli│em, skoro ju┐ mo┐na obecnie poszczeg≤lne jednostki (bity) informacji umieszczaµ w elektronach okr╣┐aj╣cych j╣dro (np. wodoru) : tym samym "schodzi siΩ" jeszcze dalej czy ni┐ej. Reguta postΩpowania w przypadku jednego atomu, jednego elektronu jest wzglΩdnie prosta. Podobnie jak bity s╣ nierozdzielnymi, niecz│onkowalnymi cegie│kami informacji (jeden bit to akurat tyle co 0 lub 1, czyli TAK albo NIE), podobnie te┐ elektron okr╣┐aj╣cy j╣dro atomu mo┐e albo znajdowaµ siΩ na orbicie o najmniejszej energii, kt≤r╣ nazwiemy umownie zerow╣, albo mo┐e pozyskawszy w│a£ciw╣ porcjΩ energii (jak╣ mu przyniesie foton) przeskoczyµ na orbitΩ wy┐sz╣. BΩdzie nam ona jedynk╣. Foton pochodzi z urz╣dzenia, kt≤re wytwarza promieniowanie laserowe i dziΩki niemu potrafimy ju┐ dokonaµ nader prostej operacji: je┐eli elektronu na orbicie "spoczynkowej" nie wzmocnimy energetycznie; to jest tak, jakby mia│ zapisane ZERO. Je┐eli trafimy go fotonem (nie byle jakim), pozyska energiΩ tak╣, by wskoczyµ na wy┐sz╣ orbitΩ (i) w atomie "jest zapisane" TAK, czyli jedynka. Ponadto id╣c dalej, nale┐y jeszcze uwzglΩdniµ inne, zreszt╣ nieliczne, ale do rachowania logicznego niezbΩdne warianty ("i": czyli koniunkcjΩ, "kopiuj", czyli przeka┐) itp. Dop≤ki mamy jeden atom, widaµ, ┐e jego "moc obliczeniowa" jest skrajnie mata, jest nΩdzna, ale mo┐na dzia│aµ na zespo│y atom≤w i sytuacja staje siΩ wtedy zar≤wno znacznie zawilsza, jak daleko mniej trywialna: powstaje komputer kwantowy, w kt≤rym stany energetyczne elektron≤w tworz╣ zapisy, za£ fotony (laserowe) mog╣ owe zapisy przekszta│caµ wedle odpowiedniego programu. Sprawa jest te┐ bardziej skomplikowana z kilku powod≤w, z kt≤rych wymieniΩ choµby dwa najistotniejsze: ze wzglΩdu na mo┐liwo£µ powstania superpozycji - czyli "wsiadania" elektronowej fali na siebie sam╣, oraz, co gorsze, ze wzglΩdu na to, ┐e trwa│o£µ powstaj╣cych zapis≤w, czyli trwa│o£µ ulokowanej na kwantowym poziomie pamiΩci (bez kt≤rej wszak w og≤le nic komputer pocz╣µ nie mo┐e) jest bardzo labilna. Obecnie rekordem s╣ takie okresy tej trwa│o£ci, kt≤re ogarniaj╣ kilka godzin. Zreszt╣ ekranowanie takich kwantowych komputer≤w od zak│≤ce±, wywo│uj╣cych b│Ωdy, to osobny, bardzo mocno kwestionowany przez wielu problem. Niby £wita tam komputer najmniejszych rozmiar≤w i najwy┐szej szybko£ci, ale rych│o spodziewaµ siΩ go nie nale┐y nawet, gdyby byt konstruowalny, co zreszt╣ jest zaprzeczane przez fizyk≤w-sceptyk≤w. W paƒdziernikowym numerze Scientific American widnieje rycina pokazuj╣ca, JAK kryszta│ zwyk│ej soli m≤g│ by dokonywaµ operacji logicznych za po£rednictwem "│╣czy kwantowych" tak, ┐e ≤w komputer by│by w stanie symulowaµ dowolny inny system kwantowy i to z nieprze£cignion╣ szybko£ci╣... . To na papierze, ale w rzeczywisto£ci wci╣┐ mamy do czynienia z bardzo skromnymi zespo│ami atom≤w, elektron≤w i tym samym kwant≤w.

áááááááááW tym kontek£cie pojawia siΩ pytanie, czy jest mo┐liwe, jak utrzymywa│ w swej ostatniej ksi╣┐ce znany fizyk R. Penrose, i┐ £wiadomo£µ DE FACTO jest ulokowana w m≤zgu w│a£nie na kwantowym poziomie. Ju┐ nie wchodz╣c w krytykΩ tej koncepcji "od strony" fizyki, bo wszak ┐adnych laserowo kreowanych foton≤w w m≤zgu nie ma, wyra┐Ω moj╣ subiektywn╣, aczkolwiek siln╣ intuicjΩ, tj. moje prze£wiadczenie, ┐e nic nam dla wyja£nienia fenomenu £wiadomo£ci kwantowy poziom nie przyniesie.

áááááááááZwa┐yµ nale┐y, i┐ znΩkani poszukiwaniem lokalizacji £wiadomo£ci my£liciele przeprowadzali j╣ jak mogli - od szyszynki do kory m≤zgowej, od kory m≤zgowej do podkorowych uk│ad≤w (np. £r≤dm≤zgowia i systemu limbicznego itd) . I nic jako prawdopodobne z tych "przeprowadzek" nie wynik│o. Jak niejednokrotnie pisywa│em, nawet maszyna (komputer), zdolna zdaµ "egzamin", to jest test Turinga, pewno£ci, i┐ ma ona £wiadomo£µ, dostarczyµ nam nie mo┐e, albowiem ekwifinalne stany "wyj£µ" i "wej£µ" (input and output) nie pozwalaj╣ na ustalanie, ┐e wewn╣trz maszyny panuj╣ procesy to┐same z procesami, powoduj╣cymi powstawanie £wiadomo£ci w m≤zgu ludzkim. Jednym s│owem, przeprowadzki z poziomu (neuronowego dajmy na to) na poziom atomowy czy choµby i kwantowy, ┐adnej dodatkowej wiedzy o powstawaniu i lokalizacji £wiadomo£ci nam nie dostarczaj╣, a jedynie takie przemieszczanie £wiadomo£ci wyja£nia, ┐e uczeni staraj╣ siΩ j╣ "gdzie£ upchn╣µ".

 

2 áááááááááProdukowane obecnie - wracam do komputer≤w - procesory jeszcze nie s╣ kresem drogi, poniewa┐ doskona│o£µ litograficznego utrwalania "bramek logicznych" na "chipach" mo┐e siΩ jeszcze powie£µ. Tu w│a£nie natrafiamy na taki oto paradoks: kiedy miniaturyzacja dosiΩga ju┐ atomowych rozmiar≤w, razem z ni╣ pojawia siΩ jako bardzo powa┐ny czynnik, hamuj╣cy dalszy poch≤d, indeterminizm: relacja Heisenberga itp. Ot≤┐ ca│a "chytro£µ" generalnej koncepcji komputera kwantowego tkwi w tym, co Niemcy zw╣ "aus einer Not eine Tugend machen", czyli jak przekszta│ciµ k│opot w zysk (cnotΩ). I rzeczywi£cie, w│a£nie elektronowe superpozycje i ich falowe w│asno£ci okaza│yby siΩ zbawienne, GDYBY uda│o siΩ kwantowe, na (og≤lnikowo tu jedynie opisanej) zasadzie komputery budowaµ, uczyniwszy je

A/ trwa│ymi spichlerzami p a m i Ω c i oraz

B/ niewra┐liwymi na id╣ce z otoczenia wp│ywy zak│≤caj╣ce.

Dozy fotonowe, czyli regulowanie strumieni foton≤w, musia│oby bowiem byµ niesamowicie dla nas dzisiejszych precyzyjnie utrzymywane w spektrum energetycznym, gdy┐ zar≤wno foton "za s│aby", jak "zbyt silny" wprowadza nam od razu w operacje logiczne b│╣d, a usuwanie b│Ωd≤w z komputera kwantowego to na razie "pie£± przysz│o£ci".

 

3 áááááááááJest jeszcze jeden, osobny szkopu│ wisz╣cy nad tym ca│ym dziewiczym dot╣d obszarem "Kwantowych operacji komputerowych", a mianowicie niechybny fakt, ┐e je┐eli siΩ pojawi╣ kwantowe komputery, to zaraz siΩ te┐ narodz╣ i rozmno┐╣ "kwantowi hackerzy". Jak by mo┐na by│o sobie z nimi poradziµ, nikt nie ma na razie bladego pojΩcia. Czynnikiem sprawczym nie jest osobliwa z│a wola czy spaczona intencja, ale po prostu natura ludzka. Ju┐ tacy nieprzyjemni dla bliƒnich jeste£my, ┐e je┐eli mo┐na w│amywaµ siΩ, to siΩ w│amujemy, skoro mo┐na fa│szowaµ, to fa│szujemy, to kradniemy, niszczymy nawet, je┐eli niszcz╣cemu ┐adnego zysku to nie przynosi.

 

4 áááááááááTak zatem nieobecno£µ, czy te┐ nierychliwe pojawienie siΩ na rynku informatycznym kwantowych komputer≤w mo┐e nas wprawdzie zainteresowaµ, jako najdalsza perspektywa postΩpu technologicznego w tej dziedzinie, postΩpu opartego wprost na mechanice kwantowej, ale, jak dot╣d, z owej perspektywy wynika dla nas mo┐e wiΩcej nawet "LEPIEJ NIE", ani┐eli "TO WYBORNIE", poniewa┐ dostateczn╣ ilo£µ r≤┐norodnych k│opot≤w mamy JU» z konwencjonalnymi komputerami i z ich sieciowymi │╣czami. Inna rzecz, ┐e kwantowa rewolucja bez w╣tpienia poci╣gnΩ│aby za sob╣ akty doskonal╣ce tak trwa│o£µ pamiΩci na tym poziomie, jak zarazem zmniejszenie wra┐liwo£ci na perturbacje osobi£cie jestem do£µ umiarkowanym optymist╣, co by w praktyce oznacza│o, ┐e kwantowe komputery mog╣ siΩ okazaµ osobliwie przydatne w naukach £cis│ych (analizy czynnikowe w matematyce czy te┐ symulowanie nieznanych nam ca│kowicie stan≤w, jakie mo┐e przybieraµ materia), natomiast globalne sieci razem z gie│dami, bankami itp, bΩd╣ nadal obs│ugiwane przez takie komputery, kt≤re wprawdzie mikrominiaturyzujemy i wprawiamy do akceleracji dzia│a±, ALE wszystkim wsp≤lna zasada siΩ nie zmienia. Jest to wci╣┐ r≤┐nica elektrycznego │adunku w bramkach logicznych i tak by│o w kolosalnie nadmiarowym ENIACU jak w CRAYU (kt≤ry r≤wnie┐ ju┐ do rekordzist≤w nie nale┐y). Ale naturalnie mogΩ siΩ tu myliµ, poniewa┐ nie jest tak, ┐e£my z fizykami na czele zjedli wszystkie m╣dro£ci w zakresie mechaniki kwantowej. Kosmos jest tak osobliwie utworzony, ┐e tai w sobie zbiory tajemnic bez dna, my za£ dokopujemy siΩ zwolna do coraz to g│Ωbszych ich pok│ad≤w. Ju┐ wiadomo, ┐e je┐eli dwie kwantowe fale w superpozycji zachowuj╣ siΩ jak jedna fala (a nazywamy to sprzΩ┐enie koherencj╣), to, je┐eli nast╣pi dekoherencja, zn≤w mamy do czynienia z dwiema falami. Albert Einstein nie chcia│ siΩ pogodziµ z ca│╣ domen╣ kwantowej nieokre£lono£ci. Typowe dla niej stany gwa│c╣ wszelk╣ klasyczn╣ intuicjΩ o przyczynowym oddzia│ywaniu. Je┐eli zmierzy siΩ jeden BIT (reprezentowany przez elektron w superpozycji), to drugi "sam jako£" ustala TE» swoj╣ warto£µ (fizyczn╣ i logiczn╣) . Nie zachodzi przy tym oddzia│ywanie pomiaru pierwszego na drugi PRZYCZYNOWE. Ju┐ wiemy, ┐e elektrony mog╣ byµ jeden tu, drugi za£ na Jowiszu. Jak d│ugo nie mierzymy, to panuje "niejasno£µ" czyli nieokre£lono£µ, a je┐eli zmierzymy jeden, to drugi "musi" siΩ tak zachowaµ, ┐eby jego nieokre£lono£µ TEZ znik│a (zazwyczaj robi siΩ wspieraj╣ce to zjawisko eksperymenty na spolaryzowanych fotonach, albowiem one jak elektrony te┐ s╣ i nie s╣ FALAMI). Jednym s│owem, kroczymy tutaj w krainΩ, aby tak rzec, sprzeczn╣ z regu│ami kauzalizmu, a zatem naszego my£lenia, ukszta│towanego przez prosty fakt, i┐ ┐yjemy w makro£wiecie, w kt≤rym efekty falowe wiΩkszych "kawa│k≤w" materii s╣ niepostrzegalne. Je┐eli elektronowo umiejscowionych bit≤w kwantowych mamy wiΩcej, to pojawiaj╣ siΩ tak okropnie i tak przeciwintuicyjnie powsta│e stany, ┐e nie wiem, jakby mo┐na o nich bez matematyki w og≤le co£ sensownego powiedzieµ. Jednak widaµ spoza owych niejasno£ci przynajmniej to, ┐e w obszarach kwantowych jest jeszcze bardzo du┐o do zrobienia i do wykrycia. Nikt siΩ nie myli obecnie tak jak ci, kt≤rzy s╣dz╣, i┐ nauki £cis│e zbli┐aj╣ siΩ do swego "finiszu", do kresu i nastΩpne pokolenia uczonych nie bΩd╣ ju┐ mia│y nic do roboty. Mo┐e warto zauwa┐yµ, ┐e o uczonych, a ju┐ szczeg≤lnie o fizyk≤w dwudziestowiecznych martwili siΩ pod koniec dziewiΩtnastego wieku ≤wcze£ni uczeni dok│adnie tak samo, byli bowiem przekonani, ┐e "ju┐ prawie wszystko, co mo┐na poznaµ, zosta│o poznane". By│o, rzecz jasna, ca│kiem inaczej i nie nale┐y tak┐e idei kwantowych operacji logicznych umieszczaµ po stronie nigdy nie urzeczywistnialnych bajek, nie wiadomo, jak z tymi komputerami ostatecznymi bΩdzie, a nawet nie wiadomo, czy poziom kwantowych operacji to ju┐ jest "ostateczna ostateczno£µ"...

 

5 áááááááááNa zako±czenie pragnΩ zwr≤ciµ uwagΩ na to, ┐e te postΩpy w szybko£ci i uniwersalno£ci tak┐e symulacyjnej, jakich siΩ po kwantowych rachmistrzach mo┐naby spodziewaµ, maj╣ siΩ nijak do zagadnienia £wiadomo£ci i id╣c w tamtym kierunku niczego siΩ (moim zdaniem naturalnie) o £wiadomo£ci nie dowiemy. Ta kwestia w kwantow╣ budowΩ materii, jak my£lΩ, uwik│ana nie jest. Tu wiΩcej mo┐na siΩ bΩdzie spodziewaµ od AL (Artificial Life), od "sztucznego ┐ycia" oraz od biochemii. Powiedziane zreszt╣ w niczym nie narusza mojej omylno£ci.

Pisa│em w listopadzie 95

sssdasdBackUpHome