·Сегодня уже существует несколько сфер деятельности, в которых союз искусственного интеллекта и квантовой физики прекрасно освоился:
Квантовое машинное обучение. Квантовые компьютеры способны параллельно обрабатывать квантовую информацию, что открывает новые горизонты для разработки мощных алгоритмов машинного обучения.
· Квантовое моделирование. Квантовые симуляторы позволяют моделировать и изучать поведение квантовых систем, которые иначе недоступны или требуют больших вычислительных ресурсов. С помощью ИИ можно оптимизировать эти симуляции, делая их более точными и эффективными при анализе сложных квантовых явлений.
· Квантовый контроль. ИИ помогает исследователям разрабатывать оптимальные стратегии управления квантовыми системами, что прокладывает путь для достижений в таких областях, как квантовые вычисления, квантовая связь и квантовое зондирование.
· Квантовый анализ данных. ИИ играет решающую роль в квантовом анализе данных, помогая в таких задачах, как предварительная обработка данных, извлечение признаков и обнаружение аномалий.
В 2025 году сообщалось, что китайские учёные совершили значительный прорыв в области квантовых вычислений, создав крупнейшие в мире массивы из 2024 атомов рубидия. О работе, опубликованной в журнале Physical Review Letters, рецензенты уже заявили, что это важный шаг в развитии квантовой физики, связанной с атомами. Новая платформа использует искусственный интеллект и оптические пинцеты, благодаря чему способна формировать массивы атомов в 10 раз больше предыдущих.
А если попробовать применить возможности искусственного интеллекта для экспериментальной проверки одной из интерпретаций квантовой механики.
Обычно многомировая интерпретация квантовой механики считается именно интерпретацией, то есть по определению не может дать предсказаний, отличных от канонической копенгагенской интерпретации отцов-основателей классической физики. Сторонники многомировой интерпретации любят сравнивать две наиболее популярные интерпретации: с гео- vs гелиоцентрическими воззрениями. Геоцентрическая теория Птолемея давала те же предсказания, что и гелиоцентрическая Коперника. Однако наиболее ярые адепты многомировой пошли дальше и утверждают, что в некоторых случаях она дает предсказания, отличные от копенгагенской. Они хотят доказать ее верность экспериментально.
Согласно квантовой механике, системы могут находиться в суперпозиции. Наиболее общее состояние кубита представляется вектором состояния:
|ψ⟩= α |0⟩+ β |1⟩,
где:
· |ψ⟩ — вектор квантового состояния системы;
· |0⟩ и |1⟩ — ортонормированные базисные векторы, соответствующие базовым состояниям кубита (например, «спин вверх» и «спин вниз» электрона, «вертикальная поляризация» и «горизонтальная поляризация» фотона);
· α и β — комплексные коэффициенты (амплитуды вероятностей), которые определяют вероятность обнаружения кубита в каждом из базисных состояний при измерении.
Условие нормировки требует, чтобы сумма квадратов модулей коэффициентов равнялась единице:
|α|^2 + |β|^2 = 1.
Это условие обеспечивает корректное распределение вероятностей при измерении состояния кубита. (Кубит — это базовая единица информации в квантовых вычислениях, аналог классического бита. В отличие от бита, который может принимать только значения 0 или 1, кубит обладает уникальной особенностью — он может находиться в состоянии суперпозиции, то есть одновременно представлять собой комбинацию 0 и 1 с определёнными вероятностями).
В рамках копенгагенской интерпретации постулируется правило Борна.
Правило Борна (закон Борна) утверждает, что плотность вероятности найти квантово-механическую систему в некотором состоянии в результате измерения пропорциональна квадрату амплитуды волновой функции этого состояния.
Копенгагенская интерпретация утверждает, что данное описание наиболее полно и вероятности фундаментальны — они не следуют ни из какого более детального детерминированного механизма, строение которого мы пока не знаем. Эти утверждения не голословны, а основаны на ряде математических теорем. То есть, в квантовой механике чисто математически это означает, что такой скрытый механизм, способный породить квантовые вероятности, не может существовать.
Однако многомировая интерпретация вопреки всему постулирует существование такого механизма. И он настолько примитивен, что представляет собой простое ветвление мира на N миров, соответствующих N слагаемым суперпозиции. Как правило при каждом делении этих слагаемых появляется не два, как в случае кубита, а несчетная бесконечность. Никто не знает в какой момент происходят эти деления (даже без учета теории относительности), но, как и многие другие возражения, это не останавливает адептов.
Приведенный вектор состояния кубита можно применять к разным физическим системам. Вместо базисных векторов и можно подставить «спин вверх» и «спин вниз» электрона, «вертикальная поляризация» и «горизонтальная поляризация» фотона, «жив» и «мертв» кот Шредингера.
Как говорил Фейнман: «Всю квантовую механику можно понять рассмотрев двухщелевой эксперимент». В этом случае в суперпозиции будут слагаемые: «частица прошла через верхнюю щель» и «частица прошла через нижнюю». Копенгагенская интерпретация говорит, что вопрос о том через какую из щелей прошла частица не имеет смысла. Многомировая же утверждает, что в одном мире частица прошла через верхнюю щель, а в другом через нижнюю. Можно ли экспериментально проверить кто из них прав?
Известный сейчас Computer Scientist и специалист по квантовым алгоритмам Дэвид Дойч в 1985г. опубликовал знаменитую работу в которой утверждает, что многомировая интерпретация является не просто интерпретацией, а более совершенной теорией с предсказаниями отличными от копенгагенской интерпретации. Надо сказать, что Дойч о будучи студентом он лично присутствовал на докладе самого Хью Эверетта и с тех пор является одним из самых видных апологетов многомировой интерпретации.
Дойч говорит, что в копенгагенской интерпретации наблюдателю отводится выделенная роль. Именно при наблюдении происходит коллапс вектора состояния и разрушение суперпозиции. Наблюдатель никогда не сможет увидеть квантовую суперпозицию. Но кого или что можно считать наблюдателем? Мы точно знаем, что человек является наблюдателем. К тому же, копенгагенская интерпретация не накладывает никаких теоретических ограничений на размеры объектов, пропускаемых через двухщелевой экран. Лимиты сейчас чисто практические, связанные со сложностью борьбы с декогеренцией. На современном техническом уровне возможно наблюдать интерференцию только крупных молекул, не более. Даже одноклеточные пока еще слишком велики. Однако Дойч спрашивает: что будет если пропустить через двухщелевой экран наблюдателя? Что он увидит?
Дэвид Дойч, как True Believer многомировой, считает, что человек пройдя двухщелевой экран скажет: «Вау! Я побывал сразу в двух мирах! В одном я пролетел через верхнюю щель, а в другом через нижнюю. Потом эти миры проинтерферировали, соединились опять в один, и вот я тут».
Копенгагенская интерпретация конечно же говорит, что такого не может быть. Наблюдатель либо скажет, что он прошел через какую-то из двух щелей. В этом случае интерференция наблюдаться не будет. Информация о том какая из альтернатив реализовалась существует в Природе (в его мозге точно). Либо, если интерференция будет наблюдаться, тогда информация о том какая из альтернатив реализовалась должна отсутствовать в Природе (даже в его мозге). То есть при прохождении наблюдателем двухщелевого экрана он должен находиться без сознания. Информация о том через какую из щелей он прошел не должна поступать через его органы чувств и фиксироваться мозгом. Но строго говоря такой бессознательный наблюдатель не является наблюдателем!
При чем тут искусственный интеллект? Дэвид Дойч свято веря в многомировую надеется, что ее верность будет доказана еще при его жизни. Понятно, что пропустить человека через двухщелевой экран в ближайшем будущем нереально. Он предлагает заменить человека искусственным интеллектом. Причем так называемым сильным ИИ, то есть обладающим сознанием. Конечно и до такого сейчас еще далеко, но в принципе законы Природы не запрещают создания самоосознающих машин. Существование человека тому пример. Дойч предлагает сделать такой сильный ИИ, но довольно миниатюрный чтобы его можно было пропустить через двухщелевой экран. От него мы получим ответ на вопрос о верности той или иной интерпретации.
Конечно были предложены и другие (еще более фриковые) мысленные эксперименты. Но наивность сторонников многомировой интерпретации конечно поражает. Большинство из них работают в области Quantum Computing и считают, что все можно свести к кубитам и действиям с ними. Квантовый параллелизм объясняется ими множественностью миров в каждом из которых выполняется свое вычисление.
Хотя сейчас и пытаются применить некоторые понятия из квантовых вычислений к парадоксам черных дыр и квантовой гравитации, однако вы не встретите упоминаний о множестве миров в книгах и статьях по квантовой тематике, выходящих за рамки элементарного введения в предмет.