Ciudăţenia cuantică încă odată ne arată că noi nu trăim într-o simulare de calculator

Despre faptul dacă realitatea noastră este o simulare s-au întrebat filozofii şi gânditorii încă din perioada când Platon era puştan.

Acum, o pereche de fizicieni au un somn mult mai liniştit noaptea, deoarece ei au arătat că o ciudăţenie cuantică care implică deformări în spaţiu-timp nu poate fi simulată, adăugând o listă de probleme pe care Matrix-ul nu le-ar putea rezolva. Ne pare rău Neo.

Teoreticienii fizicieni Zohar Ringel şi Dmitri Kovrizhin de la Universitatea din Oxford şi Universitatea Ebraică din Israel au găsit un blocaj solid la rezolvarea algoritmilor care implică simulări Monte-Carlo bazate pe fizica cuantică.

Versiunea prescurtată este că, în esenţă, noi nu putem modela fizica pe care o cunoaştem chiar şi la cel mai mare computer imaginabil.

Voi nu sunteţi într-o simulare. Cel puţin, probabil.

Haideţi să vedem de ce.

Simulările Monte Carlo (en) sunt calcule utilizate pentru a genera probabilităţi întâmplătoare a unui sistem.

Ele nu sunt specifice fizicii cuantice, dar ele sunt utile pentru transformarea lumii confuze a probabilităţilor în ceva mai previzibil.

În cea mai mare parte, ele pot ajuta la efectuarea lucrului pe termen scurt al anumitor – „probleme cu multe corpuri” (many-body problems – o vastă categorie de probleme fizice referitoare la proprietăţile sistemelor microscopice, create de un mare număr de particule ce interacţionează între ele) – sisteme care implică obiecte cuantice multiple ce se deplasează prin diverse dimensiuni.

Vedeţi şi: 10 curiozitaţi din fizică şi lucruri ciudate

Simulările cuantice Monte Carlo nu sunt nici pe departe perfecte. Poate apărea o anumită anulare a pozitivelor şi negativelor, ceva ce se referă  la „problema semnului numeric” (numerical sign problem – o problemă a evaluării numerice a integralei cu funcţii înalt oscilante a unui număr larg de variabile).

Reprezentarea fără semne numerice ar ajuta la rezolvarea problemei, dar modul de a face acest lucru pentru o mulţime de probleme fizice rămâne neclar. De fapt, pentru unele ar fi chiar imposibil.

Aceasta şi este întrebarea abordată de Ringel şi Kovrizhin: există aici vreo barieră în găsirea unui mod de a aplica simulările Monte Carlo fără semne numerice la anumite sisteme cuantice?

Dacă nu există, atunci posibil – doar posibil – vă aflaţi undeva într-o cadă scăldaţi de gel cu tuburi în capul vostru, în timp ce un computer gigantic vă stoarce de electricitate.

Dar, dacă există un obstacol, înseamnă că calculatoarele clasice s-ar putea să nu rezolve niciodată matematica care stă la baza reprezentării a ceea ce observăm noi în mecanica cuantică. Puteţi fi încrezuţi că, steake-ul vostru este 100 procente din bovină şi nu doar un cod binar.

Vedeţi şi: Fizicienii au realizat teleportarea cuantică sub apă pentru prima dată

În fizica materiei condensate există un fenomen numit efectul Hall, unde plasarea unui obiect solid cu un capăt fierbinte şi unul rece în interiorul unui câmp magnetic produce un gradient termic deasupra acestuia.

Dacă aţi fost un fizician ce se ocupă cu studierea particulelor, voi aţi putea descrie acelaş lucru ca o anomalie gravitaţională, care în termeni simpli aminteşte un pic concepţia despre ţesătura spaţiu-timp, ca fiind una oblică sau deformată.

Teoreticienii au procesat o serie de modele care implică simulări Monte Carlo ce rezolvă anomalii gravitaţionale, demonstrând că indiferent de modul în care o să o faceţi, problema semnului numeric va rămânea.

„Lucrarea noastră oferă o legătură uluitoare între două subiecte aparent fără legătură: anomaliile gravitaţionale şi complexitatea computaţională”, a spus Zohar Ringel,  profesorul de la Universitatea Ebraică şi co-autorul lucrării.

„De asemenea, ea ne arată că conductanţa termică Hall este un efect cuantic real: unul pentru care nu există un analog clasic local”.

Dacă să lăsăm Hollywoodul la o parte, trebuie să spunem că în unele cercuri filosofice aceste întrebări, ce se referă la faptul dacă Universul nostru sau altul pot fi simulate cu ajutorul unui fel de computer, au o abordare destul de serioasă.

Vedeţi şi: A fost realizat primul proiect al unui computer cuantic masiv

Filosoful britanic Nick Bostrom afirma că este posibil (en), bazându-se pe unele premise de timp şi progrese tehnologice.

Fizicienii au subliniat faptul că fizica cuantică face acest lucru incredibil de puţin probabil, dat fiind faptului că electronii şi atomii nu sunt mici bile care se învârt în mod previzibil prin spaţiu.

Ringel şi Kovrizhin ne-au dat încă un motiv să suspectăm că, dacă noi toţi operăm la o versiune străină supra-dimensiuonală a unui Windows 11, acesta este un sistem computaţional pe care noi cu greu îl putem imagina.

Mai exact, ei au arătat modul în care complexitatea acestei simulări, – ce poate fi măsurată în mărimi de ore de procesare, dimensiune memorie, consum energie electrică, – creşte în funcţie de numărul de particule pe care ar trebui să le simuleze.

Dacă cantitatea de resurse computaţionale necesare pentru o simulare cuantică creşte încet (de exemplu liniar), atunci pentru a simula un sistem de două ori mai mare în acelaş timp, este necesar de dublat numărul procesoarelor, a memoriei etc.

Dar, în caz dacă este o creştere exponenţială, sau cu alte cuvinte, dacă pentru fiecare particulă suplimentară trebuie de dublat numărul de procesoare, memorie etc., această sarcină devine imposibil de rezolvat.

Luaţi în considerare că, doar pentru a stoca informaţiile despre câteva sute de electroni pe un computer, va fi nevoie de o memorie construită dintr-un număr de atomi mai mare decât există în tot Universul.

Se pare că noi suntem blocaţi de această realitate.

Cercetarea a fost publicată în Science Advances.