Квантовые компьютеры

Если мы все-таки предположим, что чувствительные к одиночным квантам ней­роны играют важную роль где-то в глубине нашего мозга, то возникает вопрос, какие следствия это могло бы иметь. Для начала я изложу концепцию квантового компьюте­ра, предложенную Дойчем (см. также гла­ву 4, с. 124), а затем мы выясним, можно ли ее рассматривать как имеющую отношение к теме нашей дискуссии.

Как было указано выше, главная идея состоит в использовании квантового параллелизма, в соответствии с которым два совершенно различных процесса должны рассматриваться как происходящие одновременно в виде квантовой линейной суперпо­зиции, например, фотон одновременно отражается от полупрозрачного зеркала и про­ходит через него или один и тот же фотон проходит через каждую из двух щелей. В случае квантового компьютера этими двумя различными наложенными друг на дру­га процессами будут два различных вычисления. При этом предполагается, что нас интересуют результаты не обоих вычислений, а некий результат, основанный на ча­стичной информации, полученной из суперпозиции этих процессов. Наконец, когда оба вычисления завершены, над этой парой процессов должно быть проведено соответствующее «наблюдение», позволяющее по­лучить искомый ответ. Таким образом, это устройство могло бы сэкономить время за счет выполнения двух вычислений одновременно! До сих пор не видно никакого значительного преимущества от использования такого подхода, поскольку было бы го­раздо проще непосредственно использовать два классических компьютера параллельно (или один классический параллельный компьютер), чем один квантовый. Однако ре­альные преимущества квантового компьютера могли бы проявиться при необходи­мости выполнить очень большое, возможно, неограниченно большое, количество параллельных вычислений, когда нас интересуют не их результаты сами по себе, а только подходящая комбинация результатов всех вычислений.

Принципиальное устройство квантового компьютера предполагает использование квантовой разновидности логических эле­ментов, у которых выходной сигнал явля­ется результатом «унитарной операции» над входным сигналом — операции типа U, — и вся работа компьютера состояла бы в вы­полнении операции U до самого конца вы­числений, пока конечный «акт наблюдения» не приведет к выполнению операции R.

Согласно выводам Дойча квантовые компьютеры не предназначены для выпол­нения неалгоритмических операций (т. е. действий, выходящих за пределы возмож­ностей машины Тьюринга), но способны в некоторых, очень специфических случаях, достигать более высокого быстродействия (в смысле теории сложности, см. с. 124), чем обычная машина Тьюринга. Для такой блестящей идеи эти выводы представляются довольно неутешительными, но будем по­мнить о том, что пока мы стоим у самых истоков.

Какое отношение все это может иметь к работе мозга, содержащего значительное число нейронов, чувствительных к единичным квантам? Провести аналогию здесь ме­шает в первую очередь то, что квантовые эффекты быстро теряются в «шуме» — мозг слишком «горяч», чтобы квантовая коге­рентность (поведение, которое удобно опи­сывать как непрерывное действие U) сохра­нялась в нем сколько-нибудь продолжитель­ное время. В моей терминологии это означа­ло бы, что постоянно удовлетворяется одногравитонный критерий, так что операция R выполняется все время, изредка прерываясь операцией U.

Таким образом, пока у нас нет пово­да слишком надеяться на то, что квантовая механика откроет нам нечто новое о моз­ге. Возможно, мы все обречены быть про­сто компьютерами! Лично я в это не верю, но для окончательного выяснения вопроса нам необходимо идти дальше в наших ис­следованиях.