Rīt dators, vakar

Gandrīz 50 fiziķu un datorzinātnieku pulcējās uz vēsturisko 1981. gada konferenci Endicott House. (Ritiniet uz leju, lai redzētu viņu vārdus.) ČĀRLIJS BENETS / IBM

Kvantu skaitļošana, kā mēs zinām, sākās pirms 40 gadiem šajā pavasarī pirmajā Physics of Computation konferencē, ko MIT Endicott House organizēja MIT un IBM un kurā piedalījās gandrīz 50 skaitļošanas un fizikas pētnieku — divas grupas, kas reti saskārās ar pleciem.

Divdesmit gadus iepriekš, 1961. gadā, IBM pētnieks Rolfs Landauers bija atradis fundamentālu saikni starp abām jomām: viņš pierādīja, ka katru reizi, kad dators izdzēš mazliet informācijas, rodas niecīga siltuma daļiņa, kas atbilst entropijas pieaugumam sistēma. 1972. gadā Landauers nolīga teorētisko datorzinātnieku Čārliju Benetu, kurš parādīja, ka no entropijas pieauguma var izvairīties, izmantojot datoru, kas aprēķinus veic atgriezeniskā veidā. Interesanti, ka Eds Fredkins, MIT profesors, kurš kopā ar Landaueru atbalstīja Endikota konferenci, bija nonācis pie tāda paša secinājuma neatkarīgi, lai gan nekad nebija ieguvis pat bakalaura grādu. Patiešām, lielākajā daļā kvantu skaitļošanas rašanās stāsta pārstāstījumos nav ņemta vērā Fredkina galvenā loma.

Fredkina neparastā karjera sākās, kad viņš iestājās Kalifornijas Tehnoloģiju institūtā 1951. gadā. Lai gan iestājeksāmenos viņš bija izcils, mājasdarbi viņu neinteresēja, un viņam bija jāstrādā divos darbos, lai samaksātu par mācību maksu. Slikti mācījies skolā un trūka naudas, 1952. gadā viņš izstājās un iestājās gaisa spēkos, lai izvairītos no iecelšanas Korejas karā.

Dažus gadus vēlāk gaisa spēki nosūtīja Fredkinu uz MIT Linkolnas laboratoriju, lai palīdzētu pārbaudīt topošo SAGE pretgaisa aizsardzības sistēmu. Viņš apguva datorprogrammēšanu un drīz kļuva par vienu no labākajiem programmētājiem pasaulē — grupā, kurā tolaik, iespējams, bija tikai aptuveni 500.

Pametot gaisa spēkus 1958. gadā, Fredkins strādāja Bolt, Beranek un Newman (BBN), kurā viņš pārliecināja iegādāties pirmos divus datorus un kur viņš iepazinās ar MIT profesoriem Mārvinu Minski un Džonu Makartiju, kuri kopā bija gandrīz izveidojuši. mākslīgā intelekta joma. 1962. gadā viņš pavadīja viņus uz Caltech, kur Makartijs uzstājās ar runu. Tur Minskis un Fredkins tikās ar Ričardu Feinmanu '39, kurš 1965. gadā ieguva Nobela prēmiju fizikā par darbu kvantu elektrodinamikas jomā. Feinmens viņiem parādīja ar roku rakstītu piezīmju grāmatiņu, kas bija piepildīta ar aprēķiniem, un izaicināja viņus izstrādāt programmatūru, kas varētu veikt simboliskus matemātiskos aprēķinus.

Fredkins atstāja BBN 1962. gadā un izveidoja Information International Incorporated, vienu no pasaulē pirmajiem mākslīgā intelekta jaunizveidotiem uzņēmumiem. Kad 1968. gadā uzņēmums Triple-I kļuva publiski pieejams un Fredkins kļuva par miljonāru, Minskis viņu pieņēma darbā, lai kļūtu par MIT laboratorijas asociēto direktoru. Trīs gadus vēlāk Fredkins kļuva par Project MAC direktoru, kas ir MIT Datorzinātnes un mākslīgā intelekta laboratorijas (CSAIL) priekštecis. MIT padarīja viņu par pilntiesīgu profesoru, neskatoties uz akadēmisko akreditācijas trūkumu. Taču arī tas Fredkinam drīz apnika, tāpēc 1974. gadā viņš devās atpakaļ uz Caltech, lai pavadītu gadu kopā ar Feinmanu. Vienošanās bija tāda, ka Fredkins mācīs Feinmenam skaitļošanu, bet Feinmens mācīs Fredkinam kvantu fiziku.

Fredkins saprata kvantu fiziku, bet neticēja. Viņš domāja, ka realitātes struktūra nevar būt balstīta uz kaut ko tādu, ko varētu aprakstīt ar nepārtrauktu mērījumu. Kvantu mehānika uzskata, ka tādi lielumi kā lādiņš un masa tiek kvantēti — tie sastāv no diskrētām, saskaitāmām vienībām, kuras nevar iedalīt sīkāk, bet tādas lietas kā telpas, laika un viļņu vienādojumi būtībā ir nepārtraukti. Turpretim Fredkins ticēja (un joprojām tic) ar gandrīz reliģisku pārliecību, ka arī telpa un laiks ir jākvantificē un ka tādējādi realitātes pamatelements ir aprēķins. Realitātei ir jābūt datoram! 1978. gadā Fredkins pasniedza MIT absolventu kursu Digitālā fizika, kurā pētīja veidus, kā pārstrādāt mūsdienu fiziku saskaņā ar šādiem digitālajiem principiem.

Tomēr Feinmens palika nepārliecināts, ka starp skaitļošanu un fiziku pastāv jēgpilnas saiknes, ne tikai izmantojot datorus algoritmu aprēķināšanai. Tātad, kad Fredkins lūdza savam draugam teikt galveno runu 1981. gada konferencē, viņš sākotnēji atteicās. Tomēr, kad viņam tika solīts, ka viņš var runāt par visu, ko vēlas, Feinmens mainīja savas domas un izklāstīja savas idejas par to, kā savienot abus laukus, detalizētā runā, kurā tika piedāvāts veids, kā veikt aprēķinus, izmantojot pašus kvantu efektus.

Feinmans sākumā nebija pārliecināts, ka starp skaitļošanu un fiziku ir nozīmīgas saiknes.

Feinmens paskaidroja, ka datori ir slikti aprīkoti, lai palīdzētu simulēt un tādējādi prognozēt eksperimentu rezultātus daļiņu fizikā, kas joprojām ir patiess šodien. Galu galā mūsdienu datori ir deterministiski: uzdodiet tiem vienu un to pašu problēmu, un viņi nāks klajā ar vienu un to pašu risinājumu. No otras puses, fizika ir varbūtība. Tā kā simulācijas daļiņu skaits palielinās, ir nepieciešams eksponenciāli ilgāks laiks, lai veiktu nepieciešamos aprēķinus par iespējamām izvadēm. Feinmens apgalvoja, ka veids, kā virzīties uz priekšu, bija izveidot datoru, kas veica varbūtības aprēķinus, izmantojot kvantu mehāniku.

Feinmens nebija sagatavojis konferencei oficiālu referātu, taču ar Norma Margolusa, PhD '87, Fredkina grupas absolventa, kurš ierakstīja un pārrakstīja viņa teikto, palīdzību, viņa runa tika publicēta Starptautiskajā teorētiskās fizikas žurnālā. ar nosaukumu Fizikas simulēšana ar datoriem. Tas kopā ar Fredkina rakstu Konservatīvā loģika, kas bija līdzautors ar MIT pētnieku Tommaso Toffoli (un daļēji balstīts uz Digitālās fizikas kursa darbu, ko uzrakstīja Viljams Silvers '75, SM '80), veidoja topošā lauka pamatu.

1983. gadā Benets un Monreālas universitātes profesors Žils Brasārs izgudroja to, ko tagad sauc par kvantu kriptogrāfiju — veidu, kā izmantot kvantu mehāniku informācijas nosūtīšanai, vienlaikus novēršot noklausīšanos. Tikmēr Feinmens turpināja attīstīt savu ideju, kā paskaidrots sarunā ar nosaukumu Tiny Computers Obeying Quantum Mechanical Laws, kuru viņš sniedza gan Losalamosas Nacionālajā laboratorijā, gan 1984. gada konferencē par optiku.

Tomēr kvantu datori, visticamāk, būtu palikuši kā intelektuāla rotaļlieta, ja ne Pīters Vilistons Šors, PhD '85, kurš 1994. gadā nāca klajā ar pieeju, kas varētu izmantot vienu no vēl neuzbūvētajiem Feinmena kvantu datoriem un kādu gudru skaitļu teoriju. ātri faktors lielu skaitu. Tas izraisīja valdību un korporāciju interesi, jo gandrīz visu mūsdienu kriptogrāfijas sistēmu drošība ir atkarīga no tā, ka ir viegli reizināt kopā divus ļoti lielus pirmskaitļus, bet ārkārtīgi grūti sadalīt produktu atpakaļ tā galvenajos faktoros. Izmantojot Šora algoritmu (kā to tagad sauc) un pietiekami lielu kvantu datoru, kurā to palaist, šis uzdevums kļūtu vienkāršs, un lielāko daļu pasaules konfidenciālo datu, kas pārvietojas pa ētera viļņiem un internetu, pēc pārtveršanas varētu viegli atšifrēt.

1981. gada konferencē tika publicēti ne tikai nozīmīgākie raksti šajā jomā, bet arī fotogrāfija, kurā redzami daži no lielākajiem skaitļošanas un fizikas domātājiem 1981. gadā. Fotoattēls ir uzņemts Endikota nama zālienā, un tajā ir Feinmens un Fredkins; Frīmens Daisons, viens no talantīgākajiem 20. gadsimta fiziķiem; Konrāds Zuse, vācu inženieris, kurš 1941. gadā bija uzbūvējis pasaulē pirmo pilnībā programmējamo automātisko digitālo datoru; Hanss Moraveks, kurš tikko bija uzbūvējis robotu, kas spēj orientēties ar redzi; Denijs Hiliss '78, SM '81, PhD '88, kurš turpināja dibināt Thinking Machines un nolīga Feynman kā tās pirmo darbinieku; un daudzi citi, kas tagad ir pazīstami (vismaz datorzinātnieku un fiziķu mājsaimniecībās). Tas atgādina slaveno 1927. gada fotogrāfiju no Piektās Solvaja konferences par elektroniem un fotoniem, kurā redzams Alberts Einšteins, Nīlss Bors, Pauli, Heizenbergs un citas topošās kvantu mehānikas nozares vadošās figūras.

Diemžēl fotoattēlā nav Čārlija Beneta: viņš ir persona, kas uzņēma attēlu.

Physics of Computation Conference, Endicott House, MIT, 1981. gada 6.–8. maijs.
1 Frīmens Disons, 2 Gregorijs Čeitins, 3 Džeimss Kručfīlds, 4 Normens Pakards, 5 Panoss Ligomenids, 6 Džeroms Rotšteins, 7 Karls Hjūits, 8 Normans Hārdijs, 9 Edvards Fredkins, 10 Toms Tofolī, 11 Rolfs Landauers, 12 Džons Vēels Freiks Kantors, 14 gadi Deivids Leinvēbers, 15 Konrāds Zuze, 16 Bernards Zeiglers, 17 Karls Ādams Petri, 18 Anatols Holts, 19 Rolands Volmārs, 20 Hanss Brēmermans, 21 Donalds Grīnspens, 22 Markuss Butikers, 23 Oto Floberts, 24 Roberts Su Luiss, 25 , 26 Stends Kugels, 27 Bils Gospers, 28 Lūcs Prīse, 29 Madhu Gupta, 30 Pols Beniofs, 31 Hanss Moraveks, 32 Ians Ričardss, 33 Marians Pūrels, 34 Denijs Hiliss, 35 Artūrs Bērkss, 36 Džons Koks, 37 , 38 Ričards Feinmens, 39 Lorija Lingema, 40 PS Tiagaradžana, 41 Marina Hasnere, 42 Džeralds Vičnaiks, 43 Leonīds Levins, 44 Ļevs Levitins, 45 Pīters Gacs, 46 Dens Grīnbergers. (Foto pieklājīgi Charles Bennett)

Redaktora piezīme: Simsons Garfinkels atklāja šo stāstu, pētot savu grāmatu Likums un politika kvantu laikmetam , līdzautors ar Krisu Hūfnaglu (paredzēts no Cambridge University Press).

paslēpties