Квантовые вычисления со времен Демокрита - Скотт Ааронсон

в виде квантовой информации, либо — если бы это оказалось нереализуемо — вы могли бы воспользоваться знаменитым протоколом квантовой телепортации[87], при котором пересылается только классическая информация, но который требует также предварительного запутывания между отправителем и получателем. В любом случае ваш оригинал исчезает неизбежно, в ходе самого процесса телепортации. С философской токи зрения процесс этот напоминал бы перелет из Ньюарка в Лос-Анджелес: вам не пришлось бы решать никакой глубокой метафизической дилеммы о том, «нужно ли уничтожать копию себя, оставшуюся в Ньюарке».

Разумеется, это красивое решение может работать только в том случае, если мозг действительно хранит квантовую информацию. Но очень важно, в данном случае, что нам не нужно воображать, что мозг — это квантовый компьютер, или что он поддерживает запутанность между различными нейронами, или еще во что-нибудь столь же несуразное. Как в квантовом распределении ключей, все, что нам нужно, — это отдельные когерентные кубиты.

Вы могли бы заявить, что в таком жарком, влажном, некогерентном месте, как наш мозг, даже отдельный кубит не может существовать очень уж долго. И с учетом того немногого, что мне известно о нейробиологии, я склонен с этим согласиться. В частности, судя по всему, долговременные воспоминания действительно кодируются в виде прочных синаптических связей, и прочность этих связей представляет собой чисто классическую информацию, которую нанобот в принципе способен сканировать и воспроизводить без ущерба для оригинального мозга. С другой стороны, как насчет, скажем, будущих действий: что я сделаю через минуту, пошевелю левым пальцем или правым? Не определяется ли это решение отчасти квантовыми событиями?

Ну, что бы вы ни думали о такой гипотезе, ясно, что нужно сделать, чтобы ее фальсифицировать. Просто нужно построить машину, которая сканировала бы человеческий мозг и надежно предсказывала, каким пальцем этот человек пошевелит минуту спустя. Сегодня, как я расскажу в главе 19, проводятся эксперименты с фМРТ, в ходе которых делаются первые подобные предсказания, но только на несколько секунд вперед и с вероятностью лишь чуть выше случайной.

12. Декогеренция и скрытые переменные

Почему многим великим мыслителям с таким трудом давалась квантовая механика? Послушать некоторых людей, так весь источник проблем состоит в том, что «Бог играет со Вселенной в кости», то есть если классическая механика может, в принципе, предсказать падение каждого воробья, то квантовая механика дает лишь статистические предсказания.

Знаете что? Йо-хо-хо! Если бы индетерминизм был единственной загадкой в квантовой механике, квантовая механика не была бы загадочной вовсе. При желании мы могли бы вообразить, что Вселенная и правда имеет определенное состояние в любой момент, но что некоторый фундаментальный принцип (помимо очевидных практических сложностей) не позволяет нам узнать это состояние целиком. Для этого не потребовалось бы всерьез пересматривать наши представления о мире. Конечно, «Бог играл бы в кости», но так доброжелательно, что даже Эйнштейн не смог бы всерьез к этому придраться.

Настоящая проблема квантовой механики не в том, что будущая траектория частицы недетерминирована, — она в том, что и прошлая ее траектория также недетерминирована! Или, точнее, само понятие «траектории» не определено, поскольку до тех пор, пока вы ничего не измеряете, существует лишь развивающаяся волновая функция. И, самое главное, из-за определяющей черты квантовой механики — интерференции между положительными и отрицательными амплитудами — эту волновую функцию, в отличие от распределения вероятностей, невозможно рассматривать просто как продукт нашего невежества.

Теперь я хочу рассказать вам о декогеренции и теории скрытых параметров; то и другое — истории того рода, которые люди рассказывают сами себе, чтобы не так страдать от этих сложностей.

Упрямый физик, разумеется, спросит: имея в виду, что квантовая механика работает, зачем нам тратить время, пытаясь как-то примириться с ней? Вообще-то если вы преподаете вводный курс по квантовой механике и ваших студентов не мучают кошмары, они не рвут на себе волосы, не бродят вокруг с налитыми кровью глазами и т. п., то вы, вероятно, не сумели донести до них главное. Так что вместо того, чтобы отрицать этот аспект квантовой механики, вместо того, чтобы сдавать поле битвы шарлатанам, всевозможным дипакам чопра и авторам псевдодокументальных фильмов вроде «Покрытого тайной», разве не следует нам самим во всем разобраться — и потом продавать билеты туристам? Я имею в виду, что если вы собираетесь прыгнуть в пропасть, то лучше делать это вместе с кем-то, кто уже побывал там и вернулся.

В пропасть

Ну хорошо, рассмотрим следующий мысленный эксперимент. Пусть |R〉 — состояние всех частиц в вашем мозге, соответствующее вашему взгляду на красную точку. Пусть |B〉 — состояние, соответствующее взгляду на синюю точку. А теперь представьте, что в далеком будущем можно будет поместить ваш мозг в когерентную суперпозицию этих двух состояний:

По крайней мере, для сторонника многомировой интерпретации этот эксперимент должен быть невыразимо скучным. У нас есть две параллельные вселенные, в одной из которых вы видите красную точку, а в другой — синюю. Согласно квантовой механике, вы обнаружите себя в первой вселенной с вероятностью |3/5 |² = 9/25, а во второй — с вероятностью |4/5 |² = 16/25. В чем проблема?

Ну а теперь представьте, что мы применим к вашему мозгу некоторую унитарную операцию, которая изменит его состояние на

Пока все еще просто! Теперь вы видите красную точку с вероятностью 16/25, а синюю — с вероятностью 9/25.

Ага! Но при условии, что ранее вы видели красную точку, с какой вероятностью позже вы увидите синюю?

В обычной квантовой механике этот вопрос не имеет смысла! Квантовая механика дает нам вероятность получения определенного результата при проведении измерения в определенный момент, и точка. Она не дает нам многомоментных или переходных вероятностей, то есть вероятности нахождения электрона в точке y в момент времени t + 1 при условии, что если бы вы провели измерение этого электрона в момент времени t (чего вы не делали), он «обнаружился бы» в точке x. С обычной точки зрения если вы не провели реального измерения электрона в момент t, то он в этот момент не находился нигде: он просто был в суперпозиции. А если вы провели измерение в момент t, то, разумеется, это будет совершенно другой эксперимент!

Но почему нас должны волновать многомоментные вероятности? На мой взгляд, все это имеет отношение к надежности памяти. Вопрос следующий: имеет ли «прошлое» какой-то объективный смысл?