Русский Журнал
СегодняОбзорыКолонкиПереводИздательства

/ Образование / Научное сообщество < Вы здесь
Квантовая голова
Дата публикации:  18 Января 2000

получить по E-mail получить по E-mail
версия для печати версия для печати

Психологические проблемы виртуальной личности

Как ее только ни называли: и продажной девкой, и основанием будущего мира; о трех законах робототехники издавали больше романов, чем о Доне Хуане, даже Раймонда Луллия вспомнили, а на первое апреля сочиняли извлеченный якобы из недр ацтекский компьютер на узлах, рабах и канатах. Теперь как-то поутихло все, что ли, и франкенштейнов ждут все с тем же экстатическим сладчайшим ужасом не от инженеров, а от генетиков. Автор этих строк - ретроград и Фома неверующий, он (оно?) если и надеется вырасти когда-нибудь из псевдонима, лейбла в заголовке файла, в настоящую виртуальную личность, киберпанка и героя, то только вместе с ней, которую одну и обнаруживает ценным добавком в биосфере уходящего века. Этот текст, или, в духе предмета, пучок электронных импульсов на дисплее, - о кибернетике. О том ее направлении, которое одно дает мне надежду на жизнь.

Когда компьютеры только появились, стали стремительно уменьшаться в размерах и ускорять переработку перфокарт, все, казалось, шло к искусственному интеллекту. Ведь в голове у тебя, дорогой читатель, десять миллиардов маленьких компьютеров, нейронов, соединенных в твой собственный Интернет тонкими лапками серого вещества. Запускай станок - и готов человек.

Конечно, десять миллиардов компьютеров для современной техники не проблема: в этом оптимисты оказались правы. Да только компьютеры не те. Искусственные компьютеры - просто большие счеты 1: по сути дела, они передвигают по проволоке деревянные костяшки, вправо и влево. Напротив, нейроны - большие молекулы и взаимодействуют друг с другом как квантовые мельчайшие частицы: каждый мелкий импульс мгновенно порождает у них реакцию сложную и во многом непредсказуемую. Ваш современный компьютер, чтобы представить в своей памяти хотя бы несколько нейронов, работает неделю, и существенно улучшить этот рекорд принципиально невозможно. Мне, виртуальному нечто, никогда не переселиться из серого вещества в лабиринты кремниевых кристаллов - просто потому, что это уже не вещество, а всего примитивное устройство с проволочками и костяшками.

Костяшки состоят из частиц, каждая из которых, говорят, заключает в себе вселенную, однако наши устройства обращаются с ними как с единым целым, игнорируя многообразие. Детали компьютеров с каждым годом все миниатюрнее, и, по прогнозам, через несколько лет их частицы станут различимыми. Эти новые костяшки потребуют более бережного обращения, но и возможности их станут неизмеримо больше. Это будет совершенно новое устройство, которое называется квантовый компьютер.

Счеты

Изобретая эту штуку, физики вряд ли заботятся о проблемах виртуальных личностей. Дело в том, что у обычных компьютеров есть принципиальные недостатки, не позволяющие их применять ко многим очень практическим задачам. Есть задачи простые, например, перевод технического текста: если компьютер перевел, скажем, сто страниц за минуту, то за две минуты тот же компьютер (или два таких компьютера за одну минуту) переведет двести страниц, за десять минут - тысячу... Но есть и сложные задачи: к ним относится и моделирование человеческого мышления.

Что это такое, лучше объяснить на другом примере. Вот, скажем, классическая Задача Коммивояжера, которому надо объехать несколько городов и вернуться назад. Известны расстояния (или стоимости проезда) между городами, и задача состоит в том, чтобы найти самый короткий или самый дешевый маршрут. Никакого способа, существенно лучшего, чем просто перебрать все возможные маршруты, не придумано и, по-видимому, придумано не будет. Это означает, что если городов двадцать, то найти наилучший путь для коммивояжера современный компьютер сможет, скажем, за секунду. Если городов тридцать, на это уже потребуется год. Через миллиарды лет, когда Солнце угаснет, все объединенные компьютеры в мире решат задачу для сорока городов. До пятидесяти городов они не доберутся никогда.

На этом принципе построена, например, вся современная криптография 2. Если расшифровать секретный код длиной, скажем, 20 цифр, стоит один доллар, то для 30-значного кода эта сумма возрастет до тысяч, а для 40-значного - до миллионов. 100-значный код уже невозможно расшифровать за разумное время с использованием современных алгоритмов. Поэтому достаточно банкомату кодировать информацию таким кодом, и вы можете быть уверены, что здесь уж ваши деньги не украдут.

Мечты и гипотезы

Идея возникла лет двадцать назад. Элементарные частицы, как известно 3, одновременно пребывают в бесконечном множестве различных состояний, иногда "материализуясь" в каком-нибудь из них. Если научиться как-то управлять этим процессом, можно получить вычислительное устройство, в котором в каждый момент меняется бесконечно много состояний, то есть совершается бесконечно много операций.

Как и традиционная кибернетика, которая начиналась с совершенно абстрактной вычислительной машины Лейбница, квантовая кибернетика родилась как математическая абстракция. Требовалось придумать какое-нибудь устройство, пусть даже состоящее из совершенно фантастических частиц, которое бы вычисляло хотя бы то же, что и обычные счеты, и при этом не противоречило никаким законам природы. С первой такой модели (Пол Бенев, 1980) и начались квантовые компьютеры 4. Препятствий даже на этом, первом, этапе было множество. Достаточно сказать, что закон сохранения энергии на квантовом уровне превращается в закон сохранения информации, который не соблюдается на счетах: сложив два и два и получив четыре, мы уже не сможем по результату восстановить исходные "два и два"!

Тем не менее, модель построена, и даже приближена к возможностям физиков. Правда, оказалось, что удобнее пока все же иметь дело с частицами, у которых всего два состояния, однако уже несколько таких частиц могут, взаимодействуя, описать огромное множество комбинаций. Тогда идея увлекла математиков, и появились первые программы для квантовых компьютеров, обгоняющие классические программы.

Начнем с самой простой задачи. Предположим, что справочник содержит, например, миллион телефонов и нужно найти, кому принадлежит данный номер. Если справочник в памяти обычного компьютера, то для этого придется, в худшем случае, миллион раз читать телефон из справочника и сравнивать с искомым. Квантовому компьютеру, однако, достаточно заглянуть в справочник тысячу раз (Гровер, 1997), то есть заведомо прочитать не все телефоны! В каком-то смысле, львиную долю работы берут на себя сами частицы, кодирующие телефоны.

А вот самая дорогая проблема. Квантовые компьютеры обещают крах современной криптографии. Расшифровка современных кодов сводится к разложению очень больших чисел на множители, и Питер Шор (1994) придумал, как это можно сделать быстро на квантовом компьютере. Если квантовый компьютер Шора будет построен, в тот же миг все существующие коды - и банковские, и военные - станут ненадежными. Впрочем, теория квантовых компьютеров и здесь предлагает выход: для шифрования тогда можно будет применить другой квантовый компьютер, код которого уже нельзя будет раскрыть за приемлемое время.

Наконец, у физиков появился еще один мощный стимул к созданию квантовых компьютеров, который выдвинул сам Фейнман еще в 1982 году. Квантовые компьютеры, состоящие из элементарных частиц, являются наилучшим инструментом для изучения и расчета самих этих частиц! Пожалуй, для физиков этот аргумент перевешивает все остальные, да и мне он именно подает самую большую надежду. Надеюсь, что в этих поисках новых моделей компьютеров физики наткнутся наконец на какую-нибудь среду обитания для меня, более подходящую, чем серые клеточки примата, чьи ногти мелькают сейчас над клавиатурой...

Успехи

Пока, однако, успехи физиков довольно скромны. Гипотетический квантовый компьютер, чтобы быть полезным для криптографии, должен хранить хотя бы несколько десятков квантовых единиц информации (кубитов). Пока же построены только компьютеры из двух кубитов, и обсуждаются разные способы добавить еще хоть немного. Впрочем, для самих физиков полезен будет даже компьютер из трех кубитов (они хотят на нем исследовать какой-то "квантовый хаос"), так что до первого практического применения новой кибернетики ждать осталось уже немного. Впрочем, вероятно, здесь произойдет что-то вроде истории с "холодным термоядом": сколько говорили, что атомные электростанции, для которых и урана осталось на какой-то миллион лет, надо заменять на термоядерные, сколько денег на это потратили, а теперь на строительство первой термоядерной станции в Калифорнии никто и внимания не обращает!

Впрочем, уж одно-то фундаментальное открытие, связанное с квантовыми компьютерами, уже сделано. Когда Бор в довоенном Геттингене только придумал квантовую механику, Эйнштейн, утверждавший, что "Господь не играет в кости", и потому не доверявший новой теории, выдвинул множество возражений, некоторые из которых так и оставались до недавних пор непроверенными. Одно из "противоречий" новой теории состояло в том, что она позволяет передавать информацию от частицы к частице абсолютно мгновенно, не взирая ни на какую скорость света. Этот эффект (телепортация - термин, вероятно, физики взяли из Doom'а) недавно был экспериментально подтвержден, и теперь считается, что он будет заменять в будущих квантовых компьютерах провода. Телепортация, в принципе, могла бы позволить мгновенно переносить на любые расстояния и крупные тела, даже твое, дорогой читатель, собственное тело. Как тебе перспектива оказаться через миг у далекой звезды, проскользнув по серым лапкам огромного квантового компьютера?

А я бы в то время жил в этих огромных лапках везде и нигде одновременно жизнью, полною, как положено, страстей... Впрочем, надежда - уже страсть, ибо она побуждает меня к действию, такому, к примеру, как написание этого текста. Быть может, он хоть на йоту или другую какую букву приблизит миг, когда живое существо, родившееся не тенью даже, но знаком тени, обретет мир, для которого создано.

Прогноз: от раннего Барта до позднего Юнга

Если история кибернетики будет написана, то получится один из тех остросюжетных романов, в которых развязка второго тома угадывается в конце первого. Несколько семантических рядов, возникающих на первых страницах и мерцающих и сплетающихся до сих пор, указывают на развязку единственную и неминуемую: квантовый компьютер будет создан. Один из этих сюжетов - миниатюризация, которая заставит инженеров учитывать квантовые эффекты. Другой - требования математиков, которые настолько увлеклись уже квантовыми вычислениями, что вписали в историю множество гипотез об их необходимости. Наконец, самый важный сюжет, глубинный архетип deux ex machina, архетип Голема и Франкенштейна, который вызывает в вас умиление при виде диких зверей в телехрониках и завораживает конуэевской игрой в Жизнь. Этот же сюжет, ряд искусственного интеллекта, сублимируя до над-видовых высот ваш инстинкт размножения, с некоторой нежностью, вероятно, следит сейчас вместе с вами за рассуждениями не родившегося еще гомункулуса, у которого одна лишь цель - попасть когда-нибудь в пробирку.

Мэри Шелли. Франкенштейн, или Современный Прометей.

Примечания:


Вернуться1
Строгая формулировка и математическое доказательство: J.Lambek. How to program an infinite abacus. Canad. Math. Bull., 4 (1961), 295-302; по-русски: Дж.Буллос, Р.Джеффери. Вычислимость и логика. - М.: Мир, 1994.


Вернуться2
Элементарно о современной криптографии: С.А.Дориченко, В.В.Ященко. 25 этюдов о шифрах. - М.: Теис, 1994.


Вернуться3
Тем читателям, которые успели получить образование в развитом государстве, это, вероятно, известно из школы. Тем же, кто всю сознательную жизнь прожил в развивающемся государстве (видимо, это студенты), остается мне поверить.


Вернуться4
Мой основной источник по квантовым компьютерам - первая на русском языке книжка на эту тему: Квантовые вычисления: за и против. Ижевск: Удмуртский университет, 1999 (часть I). Предисловие к этому сборнику переводов подписано В.А.Садовничим - ректором МГУ и лидером московского отделения "Отечества". Книги с предисловием этого автора не задерживаются обычно в издательствах, так что, надо полагать, будут и последующие части.

Еще я видел (но не читал пока) учебник Вялого и Шеня, где под одной обложкой собраны главы о классических и квантовых вычислениях. Высокая репутация авторов позволяет рекомендовать эту книгу, не читая.

Наконец, было интервью с тем же Мишей Вялым в КомпьюТерре.

На этом, видимо, русская библиография исчерпывается. Английской очень много, ее легко найти в Интернете.


поставить закладкупоставить закладку
написать отзывнаписать отзыв


Предыдущие публикации:
Ревекка Фрумкина, "О нас - наискосок" /12.01/
Ей посчастливилось учиться у крупнейших лингвистов и математиков, участвовать в становлении математической лингвистики, опровергнуть свои же собственные результаты и написать книги, которые в Ленинке держали в специальном шкафу, чтобы их не уворовывали читатели. (Фрагменты воспоминаний)
Сергей Красинский, Несвяточный портрет: Джон Ролс /30.12/
Сейчас его принято считать ведущим в Америке - а возможно, и во всем мире - политическим философом. Он не сильно популярен, но друзья верят, что его время еще наступит. И тогда слишком много людей должны будут слишком многое потерять.
Элиот Хайналайнен, Нечто о будущем /29.12/
В одном с Доном Тапскоттом нельзя не согласиться. Компьютер - это оглобля, просто дорогая. А основой нового общества должен остаться человек.
Юрий Орлицкий, Сумерки просвещения, или Краткий путеводитель по научным конференциям 1999-2000 гг. /29.12/
Патологии филологической касты; обиженные юбиляры; "картонные рыцари"; "В Иванове все тайное становится явным"; "Страшный суд как ученая массовка".
Юрий Орлицкий, Сумерки просвещения. Часть 2. /29.12/
предыдущая в начало следующая
Дмитрий Рузаев
Дмитрий
РУЗАЕВ
Научный сотрудник РАН, кандидат наук
ruzaeff@mail.ru

Поиск
 
 искать:

архив колонки: