Вселенную можно использовать в качестве сверхмощного вычислительного устройства, способного искать ответы на сверхсложные задачи в миллионы раз быстрее гипотетического квантового компьютера из столь же большого числа атомов, заявляют математики в статье в журнале Physical Review D.
"Сегодня мы считаем, что квантовые компьютеры со временем заменят современные электронные суперкомпьютеры. Мы задумались о другом вопросе – сможет ли человечество создать что-то еще более мощное, используя черные дыры и постулаты квантовой теории поля", — заявил Стивен Джордан (Stephen Jordan) из Национального института стандартов и технологий (США).
В последние годы человечество начало сталкиваться с тем, что многие вычислительные задачи невозможно решить при помощи современных суперкомпьютеров даже за время, сопоставимое со сроками существования Вселенной. К их числу относятся как чисто научные задачи – вычисление скорости расширения мироздания или раскрытие трехмерной формы сложных молекул, так и многие практические проблемы, такие как распределение транспортных потоков или оптимизация экономики.
Многие эти проблемы можно решить, используя два относительно новых подхода к вычислениям – при помощи нейросетей и квантовых компьютеров. Первые могут "отсеивать" ненужные данные и заметно сокращать объем обрабатываемой информации, а мощность вторых растет экспоненциально по мере увеличения числа их элементов.
Как рассказывает Джордан, создание первых "больших" квантовых компьютеров, состоящих из нескольких десятков кубитов, заставило физиков и математиков задуматься о том, насколько большими можно сделать подобные машины. В принципе, как отмечает ученый, ничто не мешает создать квантовый компьютер, включающий в себя все атомы Вселенной. Возникает вопрос – насколько безграничными будут его возможности?
Даже такая машина, как показывают расчеты Джордана и его коллег, не будет всесильной – к примеру, точное определение так называемой космологической постоянной, плотности энергии вакуума, ключевого параметра теории относительности и современной космологии, потребует больше времени, чем существует вся Вселенная.
Подобный факт ставит космологов перед "неразрешимым" вопросом – почему Вселенная существует и почему пространство обладает одинаковыми свойствами во всех ее точках, и как можно определить, как много измерений в ней существует и какие значения космологической постоянной характерны для каждого из них. Если бы Вселенная не могла "решить" эту проблему, то тогда бы она обладала неоднородными свойствами, что не наблюдается в реальности.
Как считают американские математики, ответ на эту загадку можно получить, если рассматривать всю Вселенную в качестве своеобразного "эйнштейновского" компьютера, способного просчитывать то, как ведет себя мироздание в соответствии с принципами теории относительности и квантовой теории поля. Иными словами, Вселенная должна быть способна "просчитать" саму себя, чтобы существовать в том виде, в котором мы ее наблюдаем сегодня.
Используя подобную идею, ученые создали алгоритм, который позволяет просчитать значения космологической постоянной с точностью в 120 нулей после запятой всего за час при помощи квантового компьютера, используя данные, собираемые телескопами и другими научными приборами при наблюдениях за различными типами полей, существующими во Вселенной.
Аналогичным образом, как считают Джордан и его коллеги, можно решать и другие математические и статистические задачи, непосильные квантовые компьютерам, касающиеся не только истории рождения Вселенной, но и более обыденные задачи, в том числе и криптографического характера.