„Darbo pasidalijimas mus fragmentuoja. Nėra kito kelio: viskas, ką turiu daryti reguliariai ir kompetentingai (pavyzdžiui, kad užsidirbčiau pragyvenimui dabartinėje ekonominėje tvarkoje), reikalauja žinių ir įgūdžių, kurie – juos ugdydamas – atskiria mane nuo kitų įgimtų talentų, nes jiems nebelieka nei laiko, nei energijos. Niekas negali padaryti visko. Priklausomai nuo gamybinių jėgų būklės, technologijos plečia žinių ir įgūdžių spektrą, pirmiausia pridėdamos tai, ką galima automatizuoti: statybinius robotus, matematikos programinę įrangą, vertimo programas. Tai įkūnija praeities žmonių pastangas – iš pradžių intelektines pastangas. Kita technologija horizonte jau keletą mėnesių domina ir jaudina rizikos kapitalo pasaulį, Donaldą Trumpą ir Emmanuelį Macroną. Jie visi kalba apie „kvantines“ technologijas su dideliais lūkesčiais.
Šioje tyrimų srityje sukurti kompiuteriai nekoduoja apdorojamų duomenų – kaip tai daro pažįstamos mašinos – vadinamaisiais bitais, sudarytais iš dviejų galimų būsenų (0 ir 1); vietoj to jie naudoja „kubitus“, kurie gali prisiimti superpozicijos būsenas nuo 0 iki 1 [1]. „Qutrit“ – naudojantys trinarius, o ne dvejetainius vienetus – taip pat yra įsivaizduojami; nežinia, ką žmonės galėtų sugalvoti toliau.
Kvantiniai kompiuteriai jau egzistuoja, tačiau jiems vis dar reikalingas sudėtingas klaidų taisymas ir didelės gamybos sąnaudos (įskaitant fotoniką, sukimosi technologiją, superlaidžias medžiagas – įrankių rinkinys pilnas egzotiškų komponentų). Šiuo metu nė vienas iš jų nėra keičiamo mastelio, t. y. tinkamas masinei gamybai.
Tačiau praktiškai kvantiniai kompiuteriai žada tūkstančius kartų didesnį apdorojimo greitį nei klasikiniai įrenginiai, spręsdami specifinius uždavinius.
2025 m. spalį „Google“ „Quantum Echoes“ algoritmas jau išsprendė vieną iš šių pasirinktų problemų – ją išsprendė trylika tūkstančių kartų greičiau, nei būtų buvę įmanoma naudojant senamadiškus metodus.
Tačiau vis dar diskutuojama, ar – ir jei taip, kaip greitai – galima įveikti kliūtis, trukdančias efektyviai ir pelningai kvantinei kompiuterijai. Vis dėlto besiformuojanti kvantinių technologijų sritis apima ne tik kompiuterius; ji apima nuo elektromagnetinių laukų ar pagreičio (įskaitant gravitacinius efektus) matavimo technologijų iki pritaikymo medicinoje, geomoksluose ir eisme. valdymas – ir sąrašas tęsiasi. Taip pat yra didelis potencialas sutapti su dirbtinio intelekto sritimi.
„Telefonas“ ir stulbinančios žinios
Už viso to slypi žinių sritis, kuri meta didelį iššūkį mūsų intuicijai. Jos reputacija dėl ypatingo keistumo jau seniai persmelkė popkultūros folklorą – plito panašiai kaip žaidimas „Telefonas“. Rezultatai svyruoja nuo psichologinių trilerių romanų (Roberto J. Sawyerio 2016 m. „Kvantinė naktis“) ir egzistencialistinių transliacijų dramų (Alexo Garlando 2020 m. „Kūrėjai“) iki atmosferinės foninės muzikos (pavyzdžiui, elektroninės muzikos pionieriai „Tangerine Dream“ jau kurį laiką save apibūdina kaip išgyvenančius „Kvantinius metus“). Šis folkloras klesti dėl žąsies odos jaudulio, kurį sukelia keisti gandai iš tyrimų pasaulio: sakoma, kad šviesa yra ir banga, ir dalelė; iš tiesų, kiekvienas objektas pasaulyje turi bangos ilgį (sakoma, kad vyras, vardu Louis de Broglie, nustatė jo matą); tam tikrų mažyčių dalelių savybių negalima nustatyti savavališkai tiksliai kartu; ir mažiausiu masteliu tai matematikos forma. vyrauja teorija, kurioje *p* padauginta iš *q* nėra tas pats, kas *q* padauginta iš *p*.
Ir tai dar ne viskas: materija tariamai gali prasiskverbti pro sienas („tunelio efektas“).
Pati beprotiškiausia koncepcija yra „susietumas“ [2]: dvi kvantinės dalelės, kurios kartą sąveikavo, lieka sujungtos taip, kad nebegalime joms priskirti konkrečių, nedviprasmiškų individualių atributų – „lokalių“ ir „realių“ – prieš matavimą, kad jas būtų galima suskirstyti į kategorijas.
Ar visa tai tikslu? Daugiau ar mažiau: šia tema yra daugybė populiarios literatūros ir „YouTube“ vaizdo įrašų. Pati materija juk nėra nieko naujo. Kadangi per maždaug šimtmetį buvo kuriamos atitinkamos lygtys, matavimo protokolai, bandymai ir priešiniai bandymai, dalyviai patyrė precedento neturintį fizikos poreikį interpretuoti, konstruoti ir paaiškinti: kaip galima išreikšti kvantinės fizikos įžvalgas terminais, kurie siejasi su senesniais, pažįstamais pasaulėžiūros suvokimais? Ir jei tokių ryšių absoliučiai nėra, kaip atrodytų visiškai nauja pasaulėžiūra?
Gerai žinomos šių klausimų interpretacijos apima „Kopenhagos interpretacija“ („kvantinė mechanika apibūdina tai, ką galime išmatuoti, bet ne patį pasaulį“), „daugelio pasaulių interpretacija“ (viskas, kas įmanoma, iš tikrųjų vyksta, tik ne čia ir dabar, mano ar jūsų pasaulyje) ir „Bohmo mechanika“ (yra reali kvantinės sistemos konfigūracija, net ir nestebima). Šių teorijų sujungimas į naujas – prie jų pridedama kartkartėmis – pavyzdžiui, pastaruoju metu „QBism“ (arba „ekstremalus kvantinis Bajesizmas“), kurį netrukus aptarsime.
Bet kokiu atveju, visos šios teorijos bando susitaikyti su labiau nerimą keliančiais kvantinės mechanikos atradimais – atradimais, kurie ilgą laiką buvo laikomi tik pasirenkamais pagrindinės temos priedais. Ši pagrindinė teorija davė pradžią lazerių technologijai, puslaidininkiams, atominiams laikrodžiams ir elektroniniams mikroskopams. Tačiau dabar, kai naujausi techniniai pasiekimai pritraukia investicijas – o svarbiausia – kvantinius skaičiavimus, galioja fiziko A. Douglaso Stone'o posakis: „Šį kartą esmė yra keistumas“ – keistumas yra esminis elementas (o ne tik erzinantis niežulys proto gale). Tai paaiškina, kodėl moksliniai straipsniai dabar vadinami tokiais pavadinimais kaip „Daugiakubitinis nanoskalės jutimas su susietumu kaip ištekliumi“. Tai, kas kažkada kėlė painiavą, tampa žaliava.
Fizikas Christopheris A. Fuchsas – viena iš minėto „QBizmo“ kūrėjų – aprašė savo srities evoliuciją savo knygoje *Coming of Age with Quantum Information* (2011). Parašyta galinga poetiška proza ir struktūrizuota kaip žavi, linksma el. laiškų kolekcija, knygoje pažymima, kad ši sritis atskleidžia „filosofiją kiekviename žingsnyje“.
QBizmas, kurį padėjo sukurti Fuchsas, yra puikus to pavyzdys; jis pagrįstas Bayeso taisykle [3], kuri struktūrizuoja lūkesčiais pagrįstą mokymąsi atsižvelgiant į tikimybės prielaidas ir naują informaciją.
Taip jis meta iššūkį – tokiu būdu, kurį tikrai galima apibūdinti kaip „filosofinį“ – tradiciniams tikimybės požiūriams, pagrįstiems objektyviais įvykiais („dažniais“).
Šių tradicinių požiūrių šalininkai šią taisyklę laiko subjektyvistine aberacija. Kiekvienas, norintis prisijungti prie diskusijos, turi įsitraukti į dinamišką skirtumų, palyginimų ir iš prielaidų daromų išvadų sąveiką – visa tai reikalauja tikslios lingvistinės artikuliacijos. Retai pasitaiko problemų, kurios taip stipriai susipynusios fiziką ir kalbą. Tad nenuostabu, kad išskirtinis fizikos nuotykių ieškotojas Bobas Coecke'as, kuris, be kita ko, sukonstravo kvantinę gitarą (ir netgi koncertavo su ja sunkiojo metalo gerbėjams), dabar taiko savo fizikos įkvėptą matematinę patirtį tekstinių struktūrų supratimui. Kalba visada buvo istorinės evoliucijos būsenoje; ji niekada nestovi vietoje. Kartu su gijomis, ant kurių kalba veria savo filosofinius perlus, kvantinė mechanika – viena pirmųjų tiksliųjų mokslų, tai padariusių – laimei, išmoko apmąstyti savo pačios ištakas (dėl to atsirado naudingų socialinių pasekmių, tokių kaip praėjusiais metais išleista knyga „Moterys kvantinės fizikos istorijoje“, redaguota Patricko Charbonneau, Michelle Frank ir Margriet van der Heijden).
Technologijos be mokslo?
Istorinis mąstymas greitai veda prie politinio mąstymo. Naujosios kvantinės technologijos gimimas juk vyksta vadovaujantis politiniu-istoriniu imperatyvu: „technologinis suverenitetas“. Kas priekyje – Europa, JAV ar Kinija? Liaudies Respublika prieš dešimtmetį į Žemės orbitą paleido savo kvantinį palydovą „Micius“; Trumpas garsiai kalbėjo apie vyriausybės akcijas kvantinių technologijų įmonėse; o Berlyne dabar veikia „Leap“ – kvantinio verslo ekosistemos koordinavimo centras.
Kai kurie politikos ir finansų pasaulio pareiškimai skamba taip, tarsi būtų trokštama „technologijų be mokslo“; kapitalas mėgsta mažinti personalo skaičių, o autoritarinei politikai nereikia plataus masto švietimo (svarbiausios socialinės mokslo prielaidos).
Tačiau žmonijos ir gamtos santykio – santykio, be kurio negali egzistuoti technologijos – išaiškinimas neįmanomas be specializuotų mokslų ir filosofinės konceptualios analizės sąveikos.
Retai kada tai buvo akivaizdžiau nei kvantinių technologijų atveju. Čia giliausios įžvalgos ir pačios nelogiškiausios sąvokos viena kitą papildo ir sudaro veidrodį – tokį, į kurį žmogus, nebesuskaidytas darbo pasidalijimo, vieną dieną galėtų pažvelgti ir pasakyti: „Ar taip aš atrodau? Niekada nebūčiau to įsivaizdavęs!“ [4]
1. Kvantinė mechanika (kvantinė superpozicija)
Kvantinėje fizikoje dalelė (kaip elektronas ar kubitas kvantiniuose skaičiavimuose) neegzistuoja tik vienoje apibrėžtoje būsenoje. Vietoj to, ji egzistuoja visų galimų būsenų superpozicijoje vienu metu, elgdamasi, kaip tų galimybių derinys.
• Mechanizmas: dalelė turi tam tikrą tikimybę būti rasta bet kurioje konkrečioje būsenoje.
• „Sugriuvimas“: ši superpozicija išlieka iki tol, kol pradedamas atlikti stebėjimas ar matavimas. Matavimo veiksmas „sugriauna“ kvantinę sistemą, priversdamas ją pasirinkti vieną, apibrėžtą realybę (pvz., kubitas tampa arba 0, arba 1).
• Garsioji analogija: Šrėdingerio katė – hipotetinė katė, įdėta į dėžę, laikoma vienu metu esančia gyvų ir mirusių objektų superpozicija, kol neatidarote dėžutę, kad ją stebėtumėte.
2. Kvantinis susietumas: Susipynimas yra reiškinys, kai dvi ar daugiau dalelių yra neatsiejamai susijusios taip, kad jos turi vieną kvantinę būseną. Vienos dalelės būsenos matavimas akimirksniu lemia kitos dalelės būseną, nepriklausomai nuo fizinio atstumo, skiriančio jas.
Pagrindinės charakteristikos
• Bendras tapatumas: Užuot buvę dviem nepriklausomomis dalelėmis, susietos dalelės elgiasi, kaip viena, vieninga kvantinė sistema.
• Nėra komunikacijos vėlavimo: Koreliacija tarp jų yra akimirksniu, atsirandanti, net jei dalelės yra už šviesmečių viena nuo kitos. Albertas Einšteinas tai garsiai pavadino „baisiu veiksmu per atstumą“.
• Tikimybinis pobūdis: Prieš matuojant daleles, jos egzistuoja „superpozicijos“ būsenoje (kelių galimų būsenų derinyje). Konkretus matavimo rezultatas visada yra atsitiktinis.
Kaip tai veikia (bato analogija)
Įprastas būdas tai vizualizuoti (nors ir netobula analogija) yra „batų poros“ koncepcija. Jei įdedate kairįjį batą į vieną dėžę, o dešinįjį – į kitą, tada juos sumaišote nežiūrėdami. Jei atidarote savo dėžę ir randate dešinės kojos batą, iš karto žinote, kad jūsų draugas turi kairįjį batą, net jei jis keliavo į Marsą.
Tačiau kvantinis susietumas žengia dar vieną žingsnį į priekį. Kvantinėje srityje batas neegzistuoja, kaip „kairysis“ ar „dešinysis“ batas, kol neatidarote dėžutės. Atidarius pirmąją dėžę (išmatuojant dalelę), visa sistema priverčiama pasirinkti, akimirksniu priskiriant savybes abiem dėžėms vienu metu.
Dažni klaidingi įsitikinimai
• Greitesnis už šviesą ryšys: susietumo negalima naudoti, norint siųsti pranešimus ar informaciją greičiau, nei šviesos greitis. Kadangi pirmosios dalelės būsena yra visiškai atsitiktinė, negalite kontroliuoti, kokią informaciją tolima dalelė atskleis, atlikus matavimą.
• Kitos dalelės keitimas: vienos dalelės matavimas aktyviai „nesiunčia signalo“, kad pakeistų kitą. Vietoj to, tai tiesiog parodo, kad du matavimai visada puikiai koreliuos vienas su kitu.
Kodėl tai svarbu
Nors susietumas yra labai keistas, jis yra įrodyta, pagrindinė, gamtos taisyklė. Tai yra varomoji jėga, skatinanti šiuolaikinius kvantinės informacijos mokslo pokyčius, tokius, kaip kvantiniai skaičiavimai ir įsilaužimams atspari kvantinė kriptografija.
3. Bajeso taisyklė (arba Bajeso teorema) yra pagrindinė matematinė formulė, naudojama įvykio tikimybei apskaičiuoti, remiantis ankstesnėmis žiniomis apie sąlygas, kurios gali būti susijusios su tuo įvykiu. Ji leidžia atnaujinti savo įsitikinimus, kai atsiranda naujų įrodymų.
Formulė
Matematiškai Bajeso taisyklė išreiškiama taip:
P(A|B) = P(B|A) x P(A)/P(B)
Kur:
• P(A|B) (arba „P(A vamzdis B)“) (Posteriorinė tikimybė): Įvykio A įvykimo tikimybė, jei įvyko įvykis B.
• P(B|A) (Tikimybė): Įvykio B įvykimo tikimybė, jei įvyko įvykis A.
• P(A) (Ankstesnė tikimybė): Pradinė įvykio A įvykimo tikimybė, prieš svarstant bet kokius naujus įrodymus.
• P(B) (Ribinė tikimybė): Bendra įvykio B įvykimo tikimybė bet kokiomis aplinkybėmis.
__________________________________________
Kaip tai veikia: medicininio testavimo pavyzdys
Klasikinis būdas suprasti Bayes'o taisyklę yra medicininė patikra, kurios metu koreguojami „klaidingai teigiami“ rezultatai, siekiant nustatyti realią tikslaus rezultato tikimybę.
Tarkime:
• Reta liga serga 1% gyventojų: P(A) = 0,01
• Testas yra labai tikslus, 100% atvejų nustato ligą: P(B|A) = 1,00
• Tačiau testas 10% atvejų pateikia ir „klaidingai teigiamą“ rezultatą sveikiems žmonėms: (0,01 × 1,00) + (0,99 × 0,10) = 0,109 (arba 10,9%)
Jei testas teigiamas, kokia yra tikroji tikimybė susirgti šia liga? Intuityviai žmonės gali spėti apie 90–100%, nes testas yra toks „tikslus“. Tačiau naudojant Bayeso taisyklę:
1. Apskaičiuokite bendrą teigiamo testo tikimybę P(B):
(Tikrai teigiamų rezultatų dažnis) + (Klaidingai teigiamų rezultatų dažnis)
(0,01 × 1,00) + (0,99 × 0,10) = 0,109 (arba 10,9 %)
2. Taikykite formulę:
(P(Liga|Teigiamas) = 1,00 x 0,01/0,109 = maždaug 0,0917
Nors testas yra fantastiškas, teigiamas testo rezultatas suteikia tik apie 9,2 % tikimybę iš tikrųjų susirgti šia liga, nes pati liga yra labai reta.
__________________________________________
Realaus pasaulio pritaikymas
Be medicininės patikros, Bayeso taisyklė yra esminė priemonė daugelyje sričių:
• Šlamšto filtrai: tikimybės, kad el. laiškas yra šlamštas (A įvykis), įvertinimas, atsižvelgiant į tai, kad jame yra tam tikrų žodžių, pvz., „pirkti dabar“ arba „viagra“ (B įvykis).
• Mašininis mokymasis ir dirbtinis intelektas: savarankiško vairavimo leidimas automobilius ir algoritmus, kad atnaujintų savo prognozes, kai gaunami nauji jutiklių duomenys.
• Finansai: padėti investuotojams atnaujinti rinkos įvykių ar akcijų judėjimo tikimybę, kai skelbiami nauji ekonominiai duomenys.
4. Eine Technik, die will, dass wir denken: Der Schock namens "Künstliche Intelligenz" ist noch nicht verdaut, da naht der nächste: die Quantenära. Frankfurter Allgemeine Zeitung; Frankfurt. 12 Mar 2026: 11. DIETMAR DATH
Komentarų nėra:
Rašyti komentarą