Fizyka żywych trupów

W każdej chwili nasz wszechświat rozszczepia się na wszechświaty równoległe, gdzie zachodzą te zdarzenia, do których nie doszło w naszym. Są wszechświaty, w których przegraliśmy bitwę pod Grunwaldem, ale są i takie, w których nadal możemy się cieszyć obecnością naszego papieża. Pseudonaukowy absurd?

W jednej z ankiet na 72 czołowych kosmologów zapytanych, czy są przekonani o słuszności teorii wielu światów, „tak” odpowiedziała ponad połowa uczonych!

Niektórzy twierdzą wręcz, że superszybkie komputery kwantowe funkcjonują właśnie dzięki oddziaływaniom z innymi światami.

Badania dotyczące tej dziedziny prowadzą nie tylko znane uczelnie, ale również koncerny, takie jak Microsoft, IBM i Lucent.

„Obliczenia kwantowe zrewolucjonizują technikę obliczeniową w takim stopniu, jak wyzwolenie energii jądrowej odmieniło oblicze energetyki i zbrojeń” – uważa George Johnson, autor książki „Na skróty przez czas”.

Kot wszechświata

Pod koniec lat 20. ubiegłego wieku Erwin Schroedinger zobrazował niezwykłość mikroskopowego świata kwantów w eksperymencie.

Do szczelnego pudła wkładamy kota, źródło promieniotwórcze emitujące średnio jedną cząstkę na godzinę oraz detektor, który w chwili wykrycia cząstki uwolni trujący gaz.

Po zamknięciu pudła i odczekaniu godziny mamy 50-procentowe prawdopodobieństwo, że kot jest martwy, i takie samo, że jest żywy.

Tak sugerowałby zdrowy rozsądek. Z opisu kwantowo-mechanicznego wynika jednak coś innego – przed otwarciem pudła kot jest jednocześnie i żywy, i martwy!

Znajduje się w dziwnej mieszaninie (tzw. superpozycji) wszystkich możliwych stanów.

Dopiero otwarcie pudła i sprawdzenie jego zawartości redukuje układ do jednego stanu – kot wyskakuje przerażony z pudła albo zostaje w nim martwy.

– Hipotetyczny kot Schroedingera wcale nie zachowuje się dziwnie – po prostu żyje w tej połowie wszechświatów, w których przeprowadzono eksperyment, a w drugiej jest martwy! – mówi David Deutsch, fizyk z University of Oxford, wyróżniony prestiżowym Medalem Diraca.

Uczony uważa, że przy takim zdarzeniu następuje podział wszechświata zachodzący lokalnie – zaczyna się od jednej cząstki elementarnej, po czym stopniowo, z prędkością mniejszą od prędkości światła, rozszerza się na wszystkie te rzeczy, z którymi cząstka oddziałuje.

– Nie powstają żadne nowe wszechświaty. Istnieje Multiversum, które jest jak rzeka, dzieląca się na wiele kanałów o różnej szerokości – mówi uczony.

Istnienie swego rodzaju „cieni” wszechświatów równoległych można dostrzec w niektórych zjawiskach fizycznych.

Przykładem są prążki interferencyjne powstające podczas przechodzenia światła przez dwie szczeliny.

Eksperymenty dowiodły, że nawet pojedyncze fotony zachowują się tak, jakby przechodziły przez obie szczeliny jednocześnie.

I tak robią – w jednym wariancie wszechświata przechodzą przez pierwszą, a w drugim przez drugą szczelinę.

Podobnie można objaśnić inne kwantowe zjawiska – na przykład to, że cząstka taka jak elektron może być w wielu miejscach jednocześnie.

Skoro wszechświaty potrafią tak ściśle się przenikać, dlaczego obserwujemy tylko jedną wersję rzeczywistości?

Brak odpowiedzi na to pytanie sprawił, że koncepcja Multiversum długo nie mogła zostać zaakceptowana przez uczonych.

Dopiero Heinz Dieter-Zeh z uniwersytetu w Heidelbergu i Wojciech Żurek, polski fizyk pracujący w USA, wyjaśnili, że stany kwantowej superpozycji są bardzo delikatne i mogą się pojawiać tylko w obiektach całkowicie odizolowanych od otoczenia.

Jakakolwiek interakcja ze światem zewnętrznym sprawia, że foton czy elektron „odnajdują się” w jednym miejscu. Co więcej, podobne prawa rządzą pracą komórek w mózgu – dlatego nie możemy zobaczyć jednocześnie żywego i martwego kota, ale tylko jeden z wariantów tej sytuacji.

Łamacz szyfrów

David Deutsch jest przekonany, że istnienie wszechświatów równoległych jest podstawą działania maszyn obliczeniowych nowego typu – komputerów kwantowych.

Uczeni próbują wykorzystać w nich cechy kwantowe obiektów mikroświata, nazywane spinami.

Spiny cząstek lub atomów można traktować jako małe magnesy, które mogą być ustawione „w górę” lub „w dół”.

W zwykłych komputerach odpowia to bitom informacji o wartości 1 lub 0.

Kwantowe bity, zwane kubitami, mogą jednak przybierać obie te wartości jednocześnie, czyli istnieć w superpozycji stanów – podobnie jak kot Schroedingera!

Wykonywanie obliczeń na kubitach sprawia, że wydajność komputera rośnie do niewyobrażalnych wartości.

Słynny Deep Blue, który w 1997 r. pokonał arcymistrza szachowego Garriego Kasparowa miał 256 mikroprocesorów, a przed wykonaniem każdego ruchu analizował 25 mln pozycji.

Gdyby zbudowano go z procesorów kwantowych, byłby 10 mln razy szybszy!

Komputer kwantowy mający do dyspozycji 500 kubitów miałby moc obliczeniową większą niż superkomputer zawierający tyle procesorów, ile jest cząstek elementarnych we wszechświecie!

Jest to możliwe, ponieważ kwantowe obliczenia byłyby wykonywane w wielu wszechświatach jednocześnie.

Na razie uczeni są w stanie skonstruować jedynie proste komputery kwantowe, dysponujące zaledwie kilkoma kubitami, ale – zdaniem specjalistów – przełom technologiczny w tej dziedzinie to kwestia najwyżej kilku lat.

Stawka jest wysoka – kwantowe obliczenia z łatwością pozwoliłyby złamać wszystkie znane dziś systemy szyfrowania danych, także te stosowane przez banki i wojsko!

Komputery kwantowe posłużą też do magazynowania dużej ilości informacji i szybkiego ich przeszukiwania. I choć David Deutsch uważa, że jeszcze długo te technologie nie będą na tyle tanie, by mogły być powszechnie stosowane, to warto pamiętać, że zaledwie 40 lat temu powątpiewano w użyteczność komputerów osobistych.

Autorzy: Jarosław Chrostowski, Jan Stradowski
Źródło: Tygodnik „Wprost”, Nr 1184 (14 sierpnia 2005)