Obliczenia kwantowe na kierunkach angielskich

Obliczenia kwantowe na kierunkach angielskich
4.6 (91.82%) 22 votes


Peter Shor jest poetą. Tutaj jest napisał ze swoją żoną Jennifer:

Jeśli budowane komputery są kwantowe,
Wtedy szpiedzy wszystkich frakcji będą tego chcieli.
Wszystkie nasze kody zawiodą,
I przeczytają nasz e-mail,
Dopóki nie krypto to kwantowe i zniechęcające.

Shor jest lepiej znany jako matematyk, który w 1994 roku odkrył (wymyślił?) Algorytm Shora, metodę obliczeń kwantowych dla liczb faktoringowych, która pomogła zwiększyć pole komputerów kwantowych do nowego poziomu energii. Od dawna sądziłem, że obliczenia kwantowe mogą sfałszować moją tezę o końcu nauki. Może to prowadzić do głębokiego teoretycznego wglądu w naturę materii i umysłu oraz powiązań między nimi. Albo może to doprowadzić do gigantycznego skoku do przodu w sztucznej inteligencji. Lub obie. Albo nie. Byłem zachwycony zeszłej jesieni, kiedy Shor i ja wymieniliśmy się komentarzami podczas dyskusji na temat The End of Science . Zapytałem, czy odpowie na kilka pytań do mojego bloga, a oto rezultat. – John Horgan

Horgan: Czy zostałeś matematykiem, ponieważ nie sądziłeś, że możesz zarabiać na życie jako poeta?

Shor: Nie. Od czasu liceum piszę poezję, ale nigdy nie zastanawiałem się nad jej karierą. Pytanie to niewątpliwie wynikało z wcześniejszego zdania. Moja żona i ja napisaliśmy limeryk na temat obliczeń kwantowych dla konkursu poetyckiego Nauka Aktualności biegł. Kiedy nie wygrało, opublikowałem limeryka w sieci i powiązałem go ze zdaniem „Możesz zobaczyć, dlaczego wybrałem karierę jako naukowiec, a nie poeta”. To zdanie było żartem. Od tego czasu opublikowałem kilka mniej frywolnych wierszy na mojej stronie i usunąłem to zdanie.

Horgan:W 1993 r. Dowodziłem, że dowody komputerowe i inne rozwiązania podważają koncepcję tradycyjnych dowodów matematycznych. Właśnie ?

Shor: Dowody komputerowe naprawdę nie podważyły ​​koncepcji tradycyjnych dowodów matematycznych, przynajmniej jeszcze nie (chociaż w 1993 r. Niektórzy matematycy z pewnością obawiali się, że tak). Są co najmniej dwa powody, dla których matematycy szukają dowodów:

a) aby upewnić się, że rzeczy, które twierdzą, są rzeczywiście prawdziwe,

b) w celu lepszego zrozumienia matematyki.

Dowody komputerowe są na ogół zadowalające z pierwszego powodu powyżej, ale bardzo niewiele z nich, jeśli w ogóle, dostarcza nam prawdziwego zrozumienia. Z pewnością jest teraz wiele dowodów komputerowych, w których komputery pomogły w przeprowadzeniu długich obliczeń bez błędów lub w skomplikowanych analizach przypadków. Ale wymyślenie większości dowodów matematycznych wymaga rzeczywistego zrozumienia podstawowej matematyki, a komputery tego dziś nie mają. Tak więc komputery mogą pomóc matematykom, którzy rozumieją podstawową matematykę, wykonując niewiarygodnie długie obliczenia i analizy przypadków, ale chociaż były one bardzo użyteczne w tych celach, przez większość czasu nie mogą samodzielnie przedstawić dowodów.

Możliwe, że w niedalekiej przyszłości matematyka będzie zdominowana przez niezrozumiałe dowody komputerowe. Może to prowadzić do „końca matematyki” lub przynajmniej matematyki przeprowadzonej przez ludzkich matematyków. Ale nigdzie nie jesteśmy w pobliżu tego punktu.

Horgan: Proszę mi wyjaśnić algorytm Shora, pamiętając, że na studiach studiowałem język angielski i odbyłem tylko jeden kurs matematyczny.

Shor: To jest trudne.

Istnieje kilka aspektów mechaniki kwantowej, które czynią komputery kwantowe bardziej wydajnymi niż komputery cyfrowe. Jedną z nich jest zasada superpozycji, która mówi, że system kwantowy może znajdować się w więcej niż jednym stanie jednocześnie. Innym z nich jest ingerencja; jedna trzecia to wykładniczo duży rozmiar przestrzeni stanów kwantowego układu mechanicznego.

Okazuje się, że przy niewielkiej ilości teorii liczb możesz pokazać, że możesz znaleźć okres w odniesieniu do r sekwencji xr(mod N), będziesz w stanie wziąć pod uwagę N. To nie jest zbyt przydatne dla klasycznego algorytmu, ponieważ jeśli N jest wykładniczo dużą liczbą, okres jest wykładniczo długi. Komputery kwantowe mogą jednak przetwarzać wykładniczą ilość danych w superpozycji. Mogą więc umieścić całą sekwencję w swojej pamięci w superpozycji. Jedną z rzeczy, które komputery kwantowe mogą zrobić z tą sekwencją, jest przekształcenie Fouriera, co pozwala im znaleźć okres sekwencji.

Można by to uznać za obliczeniową siatkę dyfrakcyjną. Siatki dyfrakcyjne wykorzystują strukturę okresową do rozdzielania światła na różne kolory składowe i robią to poprzez zakłócenia. Algorytm faktoringu działa w podobny sposób.

Horgan: Dzięki, mam nikły, choć prawdopodobnie iluzoryczny błysk zrozumienia! Jaki jest największy popularny błąd dotyczący komputerów kwantowych? Jaki jest najbardziej irytujący trop lub metafora używana przez dziennikarzy do wyjaśnienia?

Shor: Największym powszechnym błędem dotyczącym komputerów kwantowych jest prawdopodobnie to, że są one jak komputery klasyczne, tylko szybsze. W rzeczywistości są całkiem inne. Istnieją pewne problemy, że komputery kwantowe wydają się być wykładniczo szybsze niż klasyczne komputery, takie jak faktoring. Istnieją inne problemy, których komputery kwantowe w ogóle nie przyspieszają, takie jak sortowanie. Zatem pytanie „co jest lepsze, klasyczny komputer lub komputer kwantowy” przypomina pytanie „co jest lepszym urządzeniem transportowym, łodzią lub samochodem”. To naprawdę zależy od tego, co chcesz z tym zrobić.

Horgan: To, że „jest jeszcze za wcześnie, aby móc przewidzieć horyzont czasowy dla praktycznego komputera kwantowego”, nie zobaczymy „przydatnych” komputerów kwantowych „w najbliższej przyszłości”. Czy te krytyki są uczciwe? Czy komputery kwantowe spełnią swoje oczekiwania?

Shor: Raport NAS został przygotowany przez komitet ekspertów, którzy spędzili dużo czasu, zastanawiając się nad możliwymi różnymi sposobami osiągania obliczeń kwantowych, różnymi przeszkodami dla tych metod oraz trudnościami w tworzeniu działającego komputera kwantowego i myślę, że dają rzetelna ocena trudności zadania.

The IEEE Widmo artykuł daje znacznie bardziej pesymistyczną ocenę. Został napisany przez jednego fizyka, który od samego początku miał negatywne spojrzenie na komputery kwantowe. Krótko mówiąc, uważa, że ​​uczynienie komputerów kwantowych odpornymi na błędy jest znacznie trudniejszym zadaniem, niż się powszechnie uważa. (Pragnę zauważyć, że ogólnie uważa się, że jest to niezwykle trudne, ale teoretycznie jest to możliwe, jeśli dysponujemy wystarczająco dokładnymi bramkami kwantowymi i dużą, ale nie niemożliwą ilością kosztów ogólnych.) Nie wierzę, że jego argumenty są uzasadnione.

Horgan: że „pomysły z informacji kwantowej i obliczeń będą pomocne, a być może nawet niezbędne dla dalszego postępu w zagadkach konceptualnych grawitacji kwantowej”.

Shor: Chcę częściowo się zgodzić. Myślę, że jest całkiem możliwe, że informacja kwantowa i obliczenia będą kluczowymi składnikami ostatecznej teorii grawitacji kwantowej. W rzeczywistości uważam, że te składniki już poczyniły pewne postępy w rozumieniu grawitacji kwantowej. Z drugiej strony, wykorzystanie idei kwantowej informacji stało się czymś w rodzaju mody w pewnej społeczności fizyków myślących o kwantowej grawitacji. Moim zdaniem niektórzy z tych fizyków naprawdę rozumieją informacje kwantowe i piszą interesujące artykuły. Ale niektórzy inni mają bardzo powierzchowne zrozumienie informacji kwantowej i nie sądzę, aby dokumenty, które piszą, miały dużo treści. Jestem pewien, że ostatecznie zostanie to załatwione, ale teraz bardzo trudno jest ludziom stwierdzić, które z tych dokumentów mają interesujące pomysły.

Horgan: John Wheeler zasugerował, że mechanika kwantowa plus teoria informacji, którą nazwał, mogą wyjaśniać rzeczywistość. Twoje podejście?

Shor: John Wheeler i ta idea „to z bitu” z pewnością była bardzo wpływowa. Wielu studentów Johna Wheelera próbowało realizować swoją wizję i znalazło się wśród badaczy, którzy dokonali pierwszych odkryć w dziedzinie informacji kwantowej i obliczeń kwantowych. To zmieniło się teraz w duże i owocne pole fizyki.

Czy to właśnie przewidział John Wheeler, kiedy powiedział „to z bitu”? Nie wiem Myślę, że byłby bardzo zadowolony z tego, co z tego wynikło, ale nie sądzę też, abyśmy poczynili znaczne postępy w jego pierwotnej motywacji „wyjaśniania rzeczywistości”; może to być więcej pracy dla filozofów niż dla fizyków.

Horgan: Czy zgadzasz się z Sabine Hossenfelder, że obsesja fizyków na temat piękna?

Shor: Myślę, że fizycy zostali sprowadzeni na manowce, ale nie zgodziłbym się, że to, co ich sprowadziło na manowce, to ich obsesja na punkcie piękna. Uważam raczej, że to, co doprowadziło fizyków teoretycznych na manowce, to to, że nie są już ugruntowani w eksperymencie, a zatem nie mogą korzystać z metod, które pozwolą im osiągnąć tak duży postęp w poprzednim stuleciu.

Matematycy prowadzą także badania, które nie są oparte na eksperymentach, ale od wieków odkryli, że dobrym sposobem radzenia sobie z tym jest wykorzystanie dowodów i nie ufanie niczemu, co w rzeczywistości nie jest rygorystycznie udowodnione. Nauczyli się tego przez lata metodą prób i błędów, odkrywając, że jeśli spróbujesz zrobić matematykę bez polegania na rygorystyce, najprawdopodobniej zostaniesz sprowadzony na manowce przez swoją intuicję. Kultura fizyki nie ma tego ograniczenia.

Chociaż fakt, że nie są one ograniczone wymaganiem rygorystycznych dowodów, pomógł fizykom wnieść znaczący wkład w wiele dziedzin matematyki znacznie szybciej niż matematycy (na przykład funkcja delta Diraca w teorii dystrybucji i metoda repliki w mechanice statystycznej) , od czasu do czasu prowadził ich na manowce.

Fizycy wysokoenergetyczni próbują teraz wytworzyć nową fizykę bez eksperymentu lub dowodu, aby nimi kierować, i nie wierzę, że mają odpowiednie narzędzia w swoim zestawie narzędzi, aby umożliwić im poruszanie się po tym terytorium.

Mam wrażenie, że choć mogę się mylić w tej kwestii, to w przeszłości jednym ze sposobów, w jaki fizycy dokonywali postępów, jest wymyślanie wszelkiego rodzaju całkowicie szalonych pomysłów i utrzymywanie tylko tych, które zgadzają się z eksperymentem. Teraz, w fizyce wysokich energii, wciąż wymyślają wszelkiego rodzaju całkowicie szalone pomysły, ale nie mogą już porównywać ich z eksperymentami, więc które z ich pomysłów są akceptowane, zależy od jakiegoś skomplikowanego procesu socjologicznego, co skutkuje teoriami fizyka, która może nie przypominać realnego świata. Ten skomplikowany proces socjologiczny z pewnością bierze pod uwagę piękno, ale nie sądzę, aby to właśnie prowadziło na manowce fizyków. Myślę, że ważniejszym problemem jest ten socjologiczny proces, który prowadzi wysokoenergetycznych fizyków do wspólnego przedwczesnego zaakceptowania idei, gdy wciąż jest na nie bardzo mało dowodów. Następnie proces recenzowania prowadzi agencje finansujące głównie do finansowania osób, które wierzą w te pomysły, gdy nie ma gwarancji, że są one poprawne, a wszelkie alternatywy dla tych pomysłów są w większości zaniedbywane.

Dla konkretnego przykładu, teoria komplementarności Susskinda, która odnosiła się do paradoksu utraty czarnej dziury, została zaakceptowana na wiele lat, aż czterech fizyków opublikowało dokument AMPS (nazwany na cześć inicjałów jego autorów) pokazujący, że komplementarność Susskinda nie jest zgodna z podstawowymi zasadami teorii informacji kwantowej. Tak więc w tym przypadku proces socjologiczny doprowadził większość fizyków do zbliżenia się do jednej teorii, która ostatecznie okazała się błędna. W dokumencie AMPS zaproponowano alternatywną szaloną teorię „zapory ogniowe”, ale na szczęście dla nauki nie wydaje się ona być jeszcze powszechnie akceptowana.

Horgan: ten agnostycyzm jest najlepszą postawą, jeśli chodzi o próby interpretacji mechaniki kwantowej lub wyjaśnienia, co to znaczy. Czy sie zgadzasz? A może masz ulubioną interpretację?

Shor: Zgadzam się z Michaelem. Są chwile, kiedy myślenie o mechanice kwantowej za pomocą interpretacji kopenhaskiej pomoże ci zrozumieć rzeczy, a są też inne czasy, kiedy interpretacja wielu światów jest bardziej przydatna do określania rzeczy. Ponieważ te dwie interpretacje dają dokładnie te same przewidywania, nie ma znaczenia, z której korzystasz. Dlatego powinieneś użyć tego, co daje najlepszą intuicję dla problemu, nad którym pracujesz.

Horgan: Czy ludzka świadomość może być zasadniczo kwantowa, jak Roger Penrose?

Shor: Wydaje mi się to mało prawdopodobne.

Horgan: Czy twierdzenie Godla może być wskazówką natury świadomości?

Shor: Ponownie wydaje mi się to mało prawdopodobne.

Horgan: Nielsen i Patrick Collison ostrzegają, że nauka weszła w okres stagnacji. Czy sie zgadzasz?

Shor: Nie nazwałbym tego stagnacją. Twierdzą, że postępy w nauce kosztują coraz więcej, ale wciąż wydaje się, że robimy postępy.

Horgan: Jaka jest największa wada? Czy zgadzasz się z Davidem Deutschem?

Shor: Myślę, że największą wadą Koniec Nauka jest twoim argumentem, że nauka dobiega końca, ponieważ nikt nie widzi żadnych fundamentalnych odkryć na horyzoncie. Fundamentalnych odkryć w nauce, które ze swej natury zmieniają podstawy pola, nie można przewidzieć. Biorąc przykład z Koniec nauki, rozważasz dziedzinę neuronauki i spekulujesz, że nigdy nie zrobimy żadnego postępu w ustaleniu, jak działa mózg, ponieważ jest zbyt skomplikowany. Prawdą jest, że obecnie mamy tylko najmniejsze pojęcie o tym, jak działa mózg i że obecnie nie widzimy żadnej drogi do poprawy naszej wiedzy. Jednak to nic tak naprawdę nie znaczy, ponieważ fundamentalne odkrycia w nauce mogą znikąd i być całkowicie nieprzewidywalne.

Horgan: Punkt wzięty. że superinteligentne maszyny mogą dać nauce nowe życie, rozwiązując problemy, które utrudniły ludziom. Czy sie zgadzasz?

Shor: Jeśli superinteligentne maszyny rozwiązują problemy, które utrudniły ludziom, ale robią to w taki sposób, że ich rozwiązania są również całkowicie niezrozumiałe dla ludzi, nie wiem, czy chciałbym nazwać wynik „nauką”.

Horgan: Jaka jest twoja utopia?

Shor: W mojej utopii nie wydawalibyśmy dużych kwot na zdyskredytowanie nauki. Początek tego ruchu antynaukowego wydaje się być zakorzeniony w interesie własnym wielkich korporacji, próbując przekonać ludzi o rzeczach takich jak „tytoń nie powoduje raka”, „węgiel nie powoduje globalnego ocieplenia”, „DDT nie robi „zabijaj ptaki”. Ale teraz, prawdopodobnie wspierany przez kreacjonizm, rozprzestrzenił się na całą naukę. Na przykład fakt, że istnieje powszechne nastroje anty-naukowe, pozwolił powstać ruchowi antyszczepionkowemu, który, jak sądzę, nie ma żadnych dużych sponsorów korporacyjnych, a większość zorganizowanych religii nie popiera; ten ruch obecnie usuwa niektóre z wielkich sukcesów, jakie odnieśliśmy w kierunku eliminacji chorób.

Dalsze czytanie:

Problemy umysł-ciało (, dostępny również jako i )

?

?

?

?

Zobacz także Q & As with,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, and.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *