Computing |
|
Informatika |
The universe computer
|
|
Svemirsko računalo
|
The quantum gravity computer
|
|
Računalo koje radi na principu kvantne gravitacije
|
Information is always physical
|
|
Informacija je uvijek fizičke prirode
|
Cosmic anarchy
|
|
Kozmička anarhija
|
Space and time in quantum gravity
|
|
Prostor i vrijeme u kvantnoj gravitaciji
|
A huge leap in computing power
|
|
Veliki porast računalne snage
|
Getting the result before computing
|
|
Dobivanje rezultata prije izračuna
|
The strange behaviour of quantum systems
|
|
Čudno ponašanje kvantnih sustava
|
|
|
|
|
The universe computer
A new computer is always welcome, isn't it?
It's always faster than your old one.
An upgrade to the latest model with all the bells and whistles is exciting.
And when it comes to the kind of computer physicists are hoping for, you really are looking at something special.
No ordinary upgrade for them: this will be the ultimate computer, and radically different from anything we have ever seen.
Not only might it be supremely powerful, defying the logic of cause and effect to give instantaneous answers, it might also tell us exactly how the universe works.
It might even tell us how our minds produce the phenomenon we call consciousness.
Clear a space on your desk for the quantum gravity computer.
Of course, there's a chance it may not fit on your desktop because we don't yet know what the machine will look like.
We do not know how to build it, or even whether it will do all that its proponents hope.
Nevertheless, just thinking about how it works could improve our understanding of the universe.
"The power of quantum gravity computers is one of the deepest problems in physics", says Scott Aaronson, a mathematician based at the University of Waterloo in Ontario, Canada.
Quantum gravity is the name given to the ultimate quest in physics...
|
|
Svemirsko računalo
Novo računalo uvijek je dobrodošlo, zar ne?
Uvijek je brže od vašeg starog računala.
Nadogradnja na najnoviji i najmoderniji model je uzbudljiva.
A kada se radi onoj vrsti računala kojoj se nadaju fizičari, riječ je o nečem stvarno posebnom.
Za njih nema običnih nadogradnji: to će biti najbolje računalo, radikalno drugačije od svega što smo ikada vidjeli.
Ne samo da bi ono moglo biti iznimno snažno, prkoseći logici uzroka i posljedice kako bi dalo trenutačne odgovore, već bi nam također moglo i točno reći kako svemir funkcionira.
Čak bi nam moglo reći i kako naše misli stvaraju fenomen kojeg zovemo svijest.
Napravite mjesta na vašem stolu za računalo koje radi na principu kvantne gravitacije.
Naravno, postoji mogućnost da ono neće stati na vaš stol jer zasad ne znamo kako će izgledati.
Ne znamo kako ga izgraditi, pa čak ni hoće li moći učiniti sve ono čemu se njegovi zagovornici nadaju.
Pa ipak, već i samo razmišljanje o tome kako ono radi može unaprijediti naše razumijevanje svemira.
"Snaga onih računala koja rade na principu kvantne gravitacije predstavlja jedan od najdubljih problema u fizici", kaže Scott Aaronson, matematičar sa sjedištem na Sveučilištu Waterloo u Ontariju, Kanada.
Kvantna gravitacija je naziv za najteži zadatak u fizici...
|
The quantum gravity computer
Our best guess is that space and time must be quantum in some way, and therefore that Einstein's fabric is actually a patchwork quilt, made up of discrete elements of "space-time".
The trouble is, it really is just a guess: it would take an atom-smasher the size of our solar system to investigate the ultimate nature of space and time experimentally.
Most theories try to describe what time and space will look like, or how particles and fields arise - all, it has to be said, with little success.
"I don't believe any of the current formulations", says Roger Penrose, a mathematician based at the University of Oxford.
And this is why the quantum gravity computer is causing such a stir: it provides a whole new angle on the problem.
Its origins lie in the work of British mathematician Alan Turing.
In the 1930s Turing pioneered the field of information processing: he described how any mathematical operation - and hence any computation - is a sequence of steps involving an input and doing something to it to produce an output.
Every computer in existence works in the way Turing described...
|
|
Računalo koje radi na principu kvantne gravitacije
Naša je najbolja pretpostavka da prostor i vrijeme moraju na neki način biti kvantni, te da je stoga Einsteinova tkanina u stvari zapravo pokrivač koji se sastoji od više dijelova, diskretnih elemenata "prostor-vrijeme".
Problem je u tome što je to samo nagađanje: bio bi nam potreban razbijač atoma veličine našeg Sunčevog sustava kako bismo eksperimentalno istražili krajnju prirodu prostora i vremena.
Većina teorija pokušava opisati kako će vrijeme i prostor izgledati, odnosno kako nastaju čestice i njihova polja - a sve to, mora se reći, i nema nekog uspjeha.
"Ne vjerujem niti jednoj od trenutnih formulacija", kaže Roger Penrose, matematičar sa sjedištem na Sveučilištu u Oxfordu.
I ovo je razlog zašto računalo koje radi na principu kvantne gravitacije uzrokuje takvo uzbuđenje: ono nam daje pogled na problem iz sasvim drugog kuta.
Njegovi počeci imaju temelje u radu britanskog matematičara Alana Turinga.
Turing je 1930-tih godina bio pionir na polju obrade informacija: opisao je kako bilo koja matematička operacija - a time i bilo koji izračun - predstavlja niz koraka koji uključuju ulaz te zatim određen rad na njemu kako bi se proizveo izlaz.
Svako postojeće računalo radi na način koji je Turing opisao...
|
Information is always physical
In 1994 Peter Shor showed that this type of processing could be used to factorise large numbers much faster than is possible on a classical computer.
The quantum computer may now have been surpassed, however.
If information is always physical in some way, all physical processes can be seen as a form of information processing.
At the smallest scales in the universe, physical processes will be governed by the rules of quantum gravity.
Just as the rules for processing information in a quantum system are fundamentally different from those in a classical system, so the quantum gravity processing rules are different again.
And this time, the changes are "even more radical", says Hardy, who has drawn up the first blueprint for a quantum gravity computer.
Physicists believe the universe has a peculiar characteristic at the quantum gravity scale, one that might be more important than anyone has ever realised.
Quantum gravity, as we understand it so far, seems to do away with the notion of cause and effect.
A fuzzy causality is almost inevitable in quantum gravity, says Hardy...
|
|
Informacija je uvijek fizičke prirode
Peter Shor je 1994. godine pokazao da bi se ova vrsta obrade mogla koristiti za faktorizaciju velikih brojeva koja bi bila mnogo brža nego što je to moguće na klasičnom računalu.
Međutim, kvantno računalo bi sada moglo biti nadmašeno.
Ako je informacija uvijek fizičke prirode na neki način, sve fizikalne procese možemo promatrati kao oblike podataka za obradu.
Na najmanjim mogućim razinama u svemiru, fizički procesi vodit će se prema pravilima kvantne gravitacije.
Baš kao što su pravila za obradu informacija u kvantnom sustavu potpuno drugačija od onih u klasičnom sustavu, pravila obrade informacija u sustavu kvantne gravitacije ponovno su različita.
A ovog puta su promjene "čak i radikalnije", kaže Hardy, koji je sastavio prvi nacrt za računalo koje radi na principu kvantne gravitacije.
Fizičari vjeruju kako svemir ima osebujno obilježje na razini kvantne gravitacije, koje bi moglo biti važnije nego što je itko ikada shvatio.
Čini se kako kvantna gravitacija, kakvu do sada poznajemo, odbacuje pojam uzroka i posljedice.
Neodređena uzročnost je u kvantnoj gravitaciji gotovo neizbježna, kaže Hardy...
|
Cosmic anarchy
In quantum theory there are many things that are impossible to measure precisely, such as a particle's position and momentum.
Put the two theories together to make a quantum theory of gravity and it is almost inevitable that we are going to have trouble with notions of cause and effect: current logic of output following input just won't apply in the quantum gravity universe.
Aaronson agrees with Hardy.
"General relativity says that the causal structure can vary, and quantum mechanics says that anything that can vary can be in superposition", he says.
"So to me, an indefinite causal structure seems like the main new conceptual feature".
It is this feature that might unlock the ultimate secrets of our universe when exploited by a quantum gravity computer.
In standard computing, one thing happens after another; if you've ever done even the very minimum of programming, then you'll know that - as in this sentence - "if" is usually followed by "then".
Even quantum computing has this notion of input followed by output...
|
|
Kozmička anarhija
U kvantnoj teoriji postoji mnogo stvari koje nije moguće točno izmjeriti, poput položaja čestice i njenog momenta.
Spojimo li te dvije teorije zajedno kako bismo dobili kvantnu teoriju gravitacije, gotovo je neizbježno da ćemo imati problema s pojmovima uzroka i posljedice: trenutno važeća logika izlaza koji slijedi ulaz jednostavno neće vrijediti u svemiru kvantne gravitacije.
Aaronson se slaže s Hardyjem.
"Opća relativnost kaže kako uzročna struktura može varirati, a kvantna mehanika kaže da sve što može varirati može biti u superpoziciji", kaže on.
"Tako da se meni čini kako je upravo neodređena uzročna struktura ovdje glavna nova konceptualna značajka".
Upravo bi ova značajka mogla otključati najveće tajne našeg svemira kada bismo iskoristili računalo koje radi na principu kvantne gravitacije.
U standardnom računalstvu, jedna stvar se događa nakon druge; ako ste ikada i minimalno programirali, tada znate da - kao i u ovoj rečenici - nakon "ako" obično slijedi "onda".
Čak i u kvantnom računalstvu postoji ovaj pojam ulaza nakon kojeg slijedi izlaz...
|
Space and time in quantum gravity
Though nobody knows exactly how space and time operate in quantum gravity, there will certainly be no such thing as a fixed sequence of processing steps.
There might even be influences that run backward in time.
Hardy says that a quantum gravity computer may have some "insight" into the results of its computation without even running it.
This kind of computation might shed light on the phenomenon of consciousness.
Hardy is the first to describe how such computer might work.
The big question is how powerful it could be.
It turns out this is a hard question to answer.
Traditionally, a computer's power is rated by the number of computations it can do in a given time.
IBM's Blue Gene computer currently tops the world rankings for classical computers: it can do 280 trillion calculations per second.
In theory, a quantum computer can be even faster.
It will be able to "crack" the world's toughest codes in the blink of an eye.
The quantum gravity computer, on the other hand, can't compete under these rules because "quickly" doesn't mean anything when space and time can't be separated...
|
|
Prostor i vrijeme u kvantnoj gravitaciji
Iako nitko ne zna na koji to točno način prostor i vrijeme funkcioniraju u kvantnoj gravitaciji, sasvim sigurno pri obradi podataka neće postojati ništa nalik fiksnom redoslijedu u koracima.
Moglo bi čak biti i utjecaja koji se kreću unatrag kroz vrijeme.
Hardy kaže kako bi računalo koje radi na principu kvantne gravitacije moglo imati određeni "uvid" u rezultate izračuna čak i bez da ga pokrene.
Takva vrsta izračuna mogla bi baciti novo svjetlo na fenomen svijesti.
Hardy je prvi koji je opisao kako bi takvo računalo moglo funkcionirati.
Veliko je pitanje koliko bi ono moglo biti snažno.
Ispada da je na ovo pitanje teško odgovoriti.
Tradicionalno, snaga računala mjeri se brojem izračuna koje je ono u stanju izvršiti u određenoj jedinici vremena.
IBM-ovo računalo Blue Gene trenutno je na vrhu svjetske ljestvice za klasična računala: može izvršiti 280 trilijuna izračuna u sekundi.
U teoriji, kvantno računalo može biti i brže.
Bit će u mogućnosti "probiti" najkompleksnije svjetske enkripcijske sustave u tren oka.
Računalo koje radi na principu kvantne gravitacije, s druge strane, ne može se natjecati prema ovim pravilima jer "brzo" ne znači ništa kada nije moguće odvojiti prostor i vrijeme...
|
A huge leap in computing power
If a quantum gravity computer can defy the conventions of time, then simulating it would require enormous quantum computer.
And there is also a lack of "scale invariance".
The gates (processing elements) of a quantum gravity computer would work at a scale where there is no causality.
Any attempt to simulate them on a bigger machine - which has to follow sequential rules - will necessarily fail.
"At larger scales there will be definite causal structure", Hardy says.
"So it won't have the same causal connections, and so won't be able to simulate the quantum gravity computer".
If the difficulty of simulation is any guide, the quantum gravity computer is supreme.
It is a controversial conclusion, though.
Seth Lloyd of the Massachusetts Institute of Technology thinks there is no reason to rely on discontinuity that separates quantum gravity from more familiar processes.
For a start, he says, it's not clear that the uncertainty in causal relations would be restricted to the smallest scales: it may also apply at the scales on which quantum computers operate...
|
|
Veliki porast računalne snage
Ako računalo koje radi na principu kvantne gravitacije može prkositi vremenskim konvencijama, onda bi njegovo simuliranje zahtijevalo enormno kvantno računalo.
A tu je i nedostatak "nepromjenjivosti razine".
Vrata (elementi koji služe za obradu) na računalu koje radi na principu kvantne gravitacije radila bi na razinama na kojima ne postoji uzročnost.
Svaki pokušaj njihove simulacije na većem stroju - koji mora slijediti sekvencijalna pravila - nikako neće uspjeti.
"Na većim razinama postojat će definitivna uzročna struktura", kaže Hardy.
"Dakle, ona neće imati iste uzročne veze, i tako neće biti u stanju simulirati računalo koje radi na principu kvantne gravitacije".
Ako nam ova kompleksnost simuliranja bilo što govori, to je da je računalo koje radi na principu kvantne gravitacije nadmoćno.
Međutim, ovo je kontroverzan zaključak.
Seth Lloyd s Tehnološkog instituta u Massachusettsu smatra kako nemamo razloga osloniti se na diskontinuitet koji odvaja kvantnu gravitaciju od poznatijih procesa.
Za početak, kaže on, nije jasno bi li nesigurnost u uzročnim odnosima bila ograničena na najniže razine: mogla bi se također primijeniti i na razinama na kojima rade kvantna računala...
|
Getting the result before computing
Aaronson thinks the same as Lloyd: quantum gravity computers can't be more powerful than quantum computers, he says.
In his view, it is a short step from ultra-powerful quantum gravity computers to total cosmic anarchy.
If, as Hardy suggests, such computer might be able to see its result without having to run its algorithms, it is essentially no different to having a quantum computer strapped to a time machine.
As we all know, time machines don't make sense: they would enable us to do things like travel back in history to kill our grandparents and thereby cease to exist.
"It's hard to come up with any plausible way to make such computers more powerful that wouldn't make them absurdly more powerful", he says.
Penrose thinks it is impossible to judge until we know more about how things really work at the quantum gravity scale - it is a kind of chicken and egg situation.
Also, he says, there is an important element missing from all the discussions: nobody is talking about the quantum measurement problem, famously embodied by Schroedinger's cat...
|
|
Dobivanje rezultata prije izračuna
Aaronson razmišlja isto kao i Lloyd: računala koja rade na principu kvantne gravitacije ne mogu biti snažnija od kvantnih računala, kaže on.
Prema njegovu mišljenju, malen je korak od iznimno snažnih računala koja rade na principu kvantne gravitacije do potpune kozmičke anarhije.
Ako bi, kako Hardy sugerira, takvo računalo možda moglo vidjeti rezultat bez potrebe za pokretanjem svojih algoritama, ono se u biti ne bi razlikovalo od kvantnog računala koje je pričvršćeno za vremenski stroj.
Kao što svi znamo, vremenski strojevi nemaju smisla: oni bi nam omogućili da radimo stvari poput toga da otputujemo u prošlost i ubijemo svoje djedove, te time prestanemo postojati.
"Teško je doći do bilo kakvog uvjerljivog načina da učinimo takva računala snažnijima a da ih ne učinimo apsurdno snažnijima", kaže on.
Penrose smatra da je nemoguće suditi sve dok ne znamo više o tome kako stvari stvarno funkcioniraju na razini kvantne gravitacije - ovo je na neki način problem kokoši i jajeta.
Također, kaže on, nedostaje važan element u svim raspravama: nitko ne govori o problemu kvantnog mjerenja, koji je slavno utjelovila Schroedingerova mačka...
|
The strange behaviour of quantum systems
Quantum theory can't tell us what causes quantum systems to move from superposition states to "normal'' states during the process of observation and measurement.
Perhaps the strange behaviour of quantum systems - and the fact that the strangeness disappears under certain circumstances - is related to the strange nature of cause and effect in quantum gravity.
Whatever the truth, this is why investigating the characteristics of the quantum gravity computer is so valuable.
It ties theories to the real world.
After all, a computer has to produce an observable, measurable output based on an input and a known set of rules.
"The connection to observation is no longer a minor detail", Aaronson says...
|
|
Čudno ponašanje kvantnih sustava
Kvantna teorija nam ne može reći što uzrokuje da kvantni sustavi prelaze iz stanja superpozicije u "normalna'' stanja tijekom procesa promatranja i mjerenja.
Možda je čudno ponašanje kvantnih sustava - te činjenica da ta neobičnost nestaje pod određenim okolnostima - povezano s neobičnom prirodom uzroka i posljedice u kvantnoj gravitaciji.
Bez obzira na istinu, ovo je razlog zbog kojeg je istraživanje karakteristika računala koja rade na principu kvantne gravitacije toliko dragocjeno.
Ono povezuje teorije sa stvarnim svijetom.
Uostalom, računalo mora proizvesti vidljivi, mjerljivi izlaz na temelju ulaza i poznatog skupa pravila.
"Povezanost s promatranjima više ne predstavlja samo manji detalj", kaže Aaronson...
|
|
|
