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    Programmare l’universo

    Intervista con Seth Lloyd

    di Jason Pontin

    Seth Lloyd, professore di ingegneria meccanica al MIT, è tra i pionieri del computer quantistico: egli ha proposto il primo modello tecnologicamente realizzabile di computer a quanti. Se si riuscirà mai a produrre un computer quantistico multiuso, l’umanità dovrà essere grata a Lloyd. All’inizio di questo anno, il professore del MIT ha pubblicato una popolare introduzione alla teoria quantistica e al computer intitolata Il programma dell’universo, in cui avanzava la sorprendente tesi che l’universo in quanto tale è un computer quantistico.

    Nel suo nuovo libro lei è ammirevolmente esplicito. Infatti scrive: “L’universo è indistinguibile da un computer quantistico”. Come può essere vero?

    So che sembra stravagante. Mi sento apologetico quando lo dico. Chi ha recensito il mio libro ha pensato che fosse una metafora. Ma è realmente così. Non potremmo produrre computer quantistici se l’universo non fosse quantistico e simile a un computer. Possiamo creare queste macchine perché l’universo conserva ed elabora l’informazione nel regno quantistico. Quando facciamo computer quantistici assumiamo che il calcolo sottostante necessario a produrli faccia quello che vogliamo: una serie di operazioni and, or, not. Stiamo replicando l’universo.

    I suoi critici possono essere perdonati per aver pensato a una sua intenzione metaforica. In ogni epoca gli scienziati hanno paragonato l’universo alla tecnologia più complessa che conoscevano. Newton pensava che l’universo fosse come un orologio.

    Potrebbe anche essere più diretto: “Lloyd crea computer quantistici; quindi Lloyd pensa che l’universo sia un computer quantistico”. Ma credo che sarebbe fuori strada.

    Lei notoriamente afferma che “tutto è fatto di bit”: ossia che l’informazione è una proprietà fisica dell’universo e che l’informazione genera informazione più complessa e, con ciò, tutto il mondo fenomenico.

    Si immagini un elettrone, che un computer normale usa per conservare i dati. Come può questa particella avere l’informazione congiunta? L’elettrone può stare sia qua sia là. Quindi esso registra un bit di informazione, una delle due possibilità: on o off.

    D’accordo, ma come fa la quantità di informazione a crescere?

    Se si va alla ricerca di luoghi in cui le leggi della fisica permettono all’informazione di essere introdotta nell’universo, allora è necessario rivolgersi alla meccanica quantistica. La meccanica quantistica presenta un processo chiamato decoherence (quando un sistema perde la coerenza di fase tra le sue parti), che si manifesta, per esempio, durante le misurazioni. Un qubit [o bit quantistico] che era, magicamente, sia qua sia là è improvvisamente qua o là. L’informazione è stata aggiunta all’universo.

    Perché l’universo tende alla complessità?

    L’idea che l’universo sia un gigantesco computer quantistico coglie qualcosa di nuovo e importante che non si comprende con le leggi ordinarie della fisica. Se si guarda dietro a 13, 8 miliardi di anni fa all’inizio dell’universo, lo stato iniziale era estremamente semplice, richiedendo solo qualche bit per la sua descrizione. Ma sulla vostra scrivania vedo una meravigliosa e raffinata orchidea; da dove diavolo arriva tutta questa informazione complessa? Le leggi della fisica non dicono nulla su questo problema. Non forniscono alcuna spiegazione, non postulano un qualche desiderio di complessità.

    [Completamente assorto nei propri pensieri] Hmmm…

    L’universo può essere nato dalla casualità assoluta? No. Se immaginiamo che ogni particella elementare fosse una scimmia dattilografa da quando il tempo ha iniziato a trascorrere alla velocità massima consentita dalle leggi della fisica, il più lungo brano dell’Amleto che potrebbe essere stato prodotto sarebbe qualcosa come “Essere o non essere, questo è il −”. Ma si immaginino le scimmie che scrivono su computer che riconoscono i suoni causali inarticolati come un programma. La teoria algoritmica dell’informazione mostra che ci sono programmi brevi, apparentemente casuali che possono indurre un computer a scrivere tutte le leggi della fisica. Così per la complessità dell’universo è necessaria sia la generazione casuale sia un meccanismo per elaborare quella informazione secondo alcune semplici regole: in altre parole, un computer quantistico.

    Più concretamente, quanto siamo ancora lontani da applicazioni commerciali di largo uso dei computer quantistici?

    Al momento il più grande computer quantistico multiuso è costituito soltanto di una decina di bit. Quindi occorreranno almeno altri 10-20 anni. Ma abbiamo già creato computer quantistici che simulano altri sistemi quantistici: li potremmo definire computer quantistici analogici. Queste piccole macchine possono realizzare calcoli che richiederebbero un computer normale più grande dell’universo.

    Qual è il prossimo passo indispensabile per il futuro dei computer quantistici?

    Dal punto di vista sperimentale, per gli esperti di tecnologia, è la pacificazione del microscopico mondo quantistico, in cui vige ancora il selvaggio West.

    Il programma dell’universo termina con una nota personale. Lei descrive come è morto il suo amico Heinz Pagels, un famoso fisico, durante un’escursione in sua compagnia in Colorado. Lei trova una qualche forma di consolazione nella sua teoria del calcolo quantistico universale. “In ogni caso non lo abbiamo completamente perso. Quando era in vita, Heinz ha programmato la sua parte di universo. Il frutto del suo calcolo è in noi e intorno a noi…”.

    è solo una piccola consolazione di fronte alla morte di qualcuno che si ama. Ma è una consolazione più efficace dell’idea di poterlo un giorno incontrare in cielo.

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