Квантовые вычисления со времен Демокрита

Путешествие по бесконечному квантовому лабирнту в темном лесу

Эта книга во многих отношении уникальна. Она, одновременно: 1. Написана на тему, по которой, похоже, вообще не бывает научно-популярных книг; 2. Она написана с юмором; 3. Она настолько сложна, что может разорвать ваш мозг.
Я много читал сложного научпопа. Я осилил «Гедель, Эшер, Бах: эта бесконечная гирлянда» Хофштадтера (Вот мой краткий отзыв: https://www.livelib.ru/review/970217-gedel-esher-bah-eta-beskonechnaya-girlyanda-daglas-hofshtadter). По сравнению с Ааронсоном это детская прогулка с друзьями Ахиллом и Черепахой. Я прочитал «Книгу шифров» Сингха (книга настолько хорошо сделана в плане чередования исторических экскурсов и математики, что сложность тоже не ощущается https://www.livelib.ru/review/1022981-kniga-shifrov-singh-sajmon). Наконец, я осилил «Новый ум короля» Пенроуза (хотя эта книга невероятно тяжела для чтения https://www.livelib.ru/review/994219-novyj-um-korolya-o-kompyuterah-myshlenii-i-zakonah-fiziki-rodzher-penrouz). Но вот на «Квантовых вычислениях» я рисковал сломаться. Начать с того, что книгу я читал дней 20 – абсолютно невероятный срок для книги на жалкие 500 страниц. Над отдельными абзацами я зависал на несколько минут – какие-то вещи остались для меня не совсем понятными и по прочтении, но, как я надеюсь, главную мысль я все-таки ухватил.
Признаться, когда садился за отзыв, я не знал, с чего начинать– с формы книги или с содержания книги? Но, поскольку, именно форма этой книги может стать препятствием для чтения – решил, что предупредить надо именно о ней. Потому, что, если вы даже читали книги по квантовой физике, и, смеете думать, что что-то в этом понимаете – вы здесь можете очень серьезно обжечься (как обжегся и я, хотя я никогда не питал большого самомнения относительно себя).
Эта книга не о квантовой физике, а, скорее, о взгляде теоретической информатики на квантовую механику. Законы, приводимые здесь – законы не физики, а информатики. Нотации, используемые здесь, не из физики, а из информатики. Так уж получилось, что бурный рост информатики как научной дисциплины начался с 50-х годов ХХ века, и если фигура Алана Тьюринга еще объединяла, условно, физиков, информатиков, криптографов, математиков, специалистов по искусственному интеллекту и пр, то дальше объединяющие фигуры начинают стремительно заканчиваться. Хуже того – заканчиваются и законы, которые объединяют эти дисциплины. Прочитав достаточно много по всему, кроме информатики, оказавшись наедине с этой книгой я понял всю свою ничтожность – даже постановки проблем здесь абсолютно не физические. Например, задачу дешифрования Ааронсон сводит не к возвращению зашифрованного текста к первозданному виду, а к созданию универсального алгоритма нахождения решения за полиноминальное время, окуная нас в дебри иерархии задач сложности в информатике. Условно, если расшифровать что-либо это попытаться открыть дверь, закрытую на замок, то Ааронсон рассуждает о самоизменяющемся ключе, который должен принять нужную нам форму (или уничтожить дверь, или телепортировать нас за нее, или телепортировать объект к нам, или перенести нас в 4-е измерение, и чтоб мы перешли за дверь, а потом развернуть пространство обратно – ну, вы поняли), причем скорость принятия формы должна быть быстрее скорости сборки бульдозера, на котором мы эту дверь снесем, или же быстрее скорости того, как дом развалится сам. Короче, с такими «информатическими» постановками уже известных мне задач я не сталкивался – и мне было сложно.
Отдельную сложность вызывают аббревиатуры – у физиков все аббревиатуры носят «поэтические» (а то и слегка фрейдистские) наименования, вроде «черных дыр», «красных гигантов», «белых карликов», «излучений» и пр. Для меня же съесть, что значит сводимость BQP к BPP, а далее к RP – долгое время представляла непростую задачу. На словах, вроде, понимаешь – но эти аббревиатуры сбивают. Ситуацию осложняло то, что автор, злой шутник – посетовав на Пенроуза, который с первых страниц окунает читателя в ворох формул, которые никто не поймет – со второй главы окунает читателя в ворох формул, только уже не физических, которые худо-бедно, интуитивно, но понимаются, а из информатики – которые даже сложно соизмерить с имеющимся знанием. Первые глав 12 продираться через текст, перенасыщенный чистой математикой и информатикой, при этом еще стараясь ухватить суть (на полное понимание ваш покорный слуга не претендует), бывает, просто невыносимо.
Вот, например, рядовая цитата из книги (чисто для иллюстрации):

Если разложение на простые множители сводится к задаче о абелевой скрытой подгруппе, решаемой за квантовое полиноминальное время, то задача нахождения кратчайшего вектора, насколько известно, сводится только к задаче о диэдральной скрытой подгурппе, для которой не удалось установить, что она решаем за полиноминальное время, несмотря на более чем десятилетние усилия.

И это не специально выбранная цитата - нет, такого текста в книге процентов 70.
Кстати об упоминавшемся здесь юморе автора – он есть, но очень саркастический и злой. Я вспоминаю безобидные шутки Хофштадтера, его тонкую иронию – он был похож на доброго дедушку, водящего тебя, кругами, по бесконечному замку. Здесь же Ааронсон ведет вас в лес, вы видите перед собой гигантскую гидру, он говорит, что она не кусается – а когда она отгрызает вам руку, хохочет, дескать, как он удачно пошутил. Да и лабиринт Хофштадтера был все-таки более-менее из нашего мира – а вот умозаключения Ааронсона это уже что-то совсем не из нашего. Отчасти это объяснимо – Хофштадтер сводит свои мысли к теореме Геделя о неполноте, и на выводах из нее он заканчивает – а Ааронсон, наоборот, стартует от нее – и заезжает на территории, на которые я не помню, чтоб заезжали в популярной литературе.
Вообще, я не помню, чтоб в научно-популярной литературе так плотно подходили именно с точки зрения информатики – возможно, если бы какая-то «прослойка» существовала, то книгу воспринимать было бы значительно легче – а так мы прыгаем сразу в очень сложную тему, в которой, прям скажем, и без квантовых заворотов разобраться нелегко. По крайней мере ваш покорный слуга вполне спокойно относился к задачам, решаемым за полиноминальное время в детерминированной машине Тьюринга. Недетерминированные машины, конечно, воспринимаются уже сложнее – но тоже держишься. На вероятностных машинах я уже провис окончательно, ну а на квантовых…, впрочем, сами понимаете. Цель автора тоже была понятна – как Хофштадтер подводил читателя к Теореме Геделя, так и Ааронсон подводит нас к задаче о равенстве классов сложности P и NP (как ни странно, Гедель об этом тоже говорил, но формулировка проблемы подоспела значительно позже) - еще нерешенной, являющейся задачей тысячелетия, и позволяющей отвечать на вопросы, выходящие далеко за рамки информатики и даже квантовых компьютеров. Другое дело что теорема о неполноте значительно проще проблемы перебора, над которой человечество ломает зубы уже лет 40, и которая, судя по всему, действительно ключевая и к проблемам интеллекта, и к вопросам мироздания, и даже к божественному замыслу.
Хорошо ли автор справляется со своей задачей? На мой взгляд – можно было бы все это описать понятнее. Через текст приходится именно что продираться, и конца этому темному лесу не видно. Ситуацию не спасает юмор (первоначально он меня коробил - особенно самолюбование автора, но потом свыкся. Где-то к 6-й главе он перестает раздражать) – ирония иногда приятна, но понятности она не добавляет. Понятно, что текст, в котором автор крутится вокруг проблемы тысячелетия, пробуя его на зуб – и не может быть легким, но все-таки хотелось бы чтоб он не был настолько сложным. Книга перенасыщена формулами. очень неинтуитивными задачами (о контринтуитивности квантовой механики автор предупреждает заранее – и мы не раз вспомним его предупреждение), размышлениями автора – и проглотить этот комок бывает ну очень сложно.
Если по сути (разумеется, безумно упростив и переврав написанное), вот что мы можем вынести из этой книги?
1. Вопрос о равенстве классов сложности P и NP является ключевым на пути к созданию квантовых компьютеров, искусственных интеллектов и пр.;
2. Если вопрос будет решен в положительную сторону – это будет невероятная удача для человечества, т.к. дает ключ к автоматизации математических открытий и исследования мира. Отныне все это ставится на поток, и этим могут заниматься компьютеры. Так же положительное решение дает жесткое теоретическое обоснование для возможностей создания ИИ;
3. Решение вопроса в положительную сторону это такая удача, что автор не верит, что человечеству может так повезти. Вероятнее всего ответ на вопрос отрицательный;
4. Решение вопроса о равенстве классов сложности P и NP в отрицательную сторону выглядит более перспективным, т.к. заставит пересмотреть фундаментальные основы современной квантовой физики и информатики;
5. Автор не согласен с Пенроузом, в частности с его теорией, что в архитектуре мозга могут быть заложены элементы квантовой физики;
6. До появления ответа на вопрос о равенстве классов сложности P и NP ни у одной из сторон нет окончательных аргументов. Убедительные же аргументы есть у всех сторон, и автор извиняется перед Пенроузом за то, что когда-то поднимал его теорию на смех – переосмыслив ее он понял, что исчерпывающей аргументации для отметения этого варианта у него нет, а аргументы Пенроуза отметаются скорее на философском, чем на математическом уровне;
7. Современная картина мира исключает многие фантастические вещи, в т.ч. телепортацию;
8. Современную картину мира приходится пересматривать столько раз, и столько еще не решено – что это вовсе не означает, что телепортация невозможна;
9. Получи автор в руки работающий квантовый компьютер – он бы не придумал, что с ним сделать, и как его использовать;
10. Проблемы создания квантового компьютера мигом нас сталкивают с проблемой существования множества миров. Что с этим делать никто не знает. Влиятельных сторонников концепции множества миров очень немало (например, Дэвид Дойч ), и их аргументы серьезные;
11. Теория вероятностей, известная нам, непригодна для осуществления квантовых вычислений – как-минимум нам требуется туда добавить отрицательные и комплексные числа;
12. Полное клонирование (в физическом смысле) невозможно ввиду имеющихся в современной квантовой физике ограничений;
13. Это не значит, что клонировать нельзя, но это повлечет за собой слишком много этических проблем;
14. Автор сторонник теории «сильного ИИ», хотя имеющиеся у него данные, чем дальше, тем больше заставляют в этом усомниться;
15. По поводу ИИ – автор предлагает подождать миллиарды лет эволюции, и, глядишь, что-нибудь похожее на человека мы и сделаем. В обозримом будущем пока результата не видно;
16. Кстати, что такое разум, как его верифицировать и пр. – никто не знает. Так что ходим и будем ходить кругами еще долго;
17. Не исключено, что все, что человечество понавыдумывало в науке – химера, фикция, и реальная картина мира от нас очень хитро ускользает;
18. Ему смутно видится дальнейшее развитие науки – передовые края науки требуют совмещения такого количества научных областей на таком уровне, что это может оказаться не под силу человеку. Надежда на машины, и здесь мы возвращаемся к вопросу о равенстве классов сложности P и NP;
19. Какой бы не был замысел абстрактного мироздания – в его планы точно не входило, чтоб мы его понимали, а значит, что в самый ответственный момент вся наша теоретическая информатика может показать нам дулю, и бросить наедине с кучей теорией, которые работают не до конца, не так, и не тогда;
20. Чтоб во всем этом разбираться хорошо надо не просто курить траву – надо чтоб вместо мозгов была ядреная трава.
Это невероятно сильная, сложная и интересная книга. Уровень ее очень высокий – поэтому я точно не буду рекомендовать ее никому, кроме как ядреным поклонникам темы. Балл отбирает, с одной стороны, все-таки чересчур завышенный уровень (где не надо), а с другой – редакторская и переводческая работа (переводчик пару раз позволил вставить ремарки в текст относительно современной политической системы США, и в частности, кто голосует за Трампа - это недопустимо). Я молчу про ошибки, которые встречаются – ужасно что там есть смысловые ошибки. Поймать их бывает совсем не так просто – простой корректор их не вычитает, здесь нужна научная редактура. Ну а научной редактуры в нашей стране традиционно нет никакой – хотя многие вещи можно было бы объяснить для отечественного читателя. И да, книга свежая – в США она вышла в 2013 году, но это вовсе не значит, что за прошедшие 5 лет нет вещей, о которых бы стоило упомянуть – этим тоже могло бы озаботиться издание.
Теперь я прям в раздумье – что еще более ядреное, но при этом научно-популярное мне попадется? Планка Пенроуза оказалась побита уж очень быстро.