Charlie Marcus รู้ว่าข้อเท็จจริงควอนตัมไม่ซับซ้อน
นักฟิสิกส์ควอนตัม Charlie Marcus ซึ่งเป็นนักวิจัยหลักของ Microsoft Quantum Research และศาสตราจารย์ที่สถาบัน Niels Bohr แห่งมหาวิทยาลัยโคเปนเฮเกน มีส่วนร่วมในภารกิจที่มีความทะเยอทะยานที่สุดในเทคโนโลยีสมัยใหม่: การสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่แท้จริง ในตอนนี้ Marcus พูดคุยกับโฮสต์ Steven Strogatz เกี่ยวกับสาเหตุที่ข้อเท็จจริงไม่ซับซ้อน สิ่งที่ทำงานในร้านดนตรีสอนเขาเกี่ยวกับการทำวิทยาศาสตร์ และความคล้ายคลึงระหว่างการใช้นอตในวัฒนธรรม Mesoamerican ยุคแรกกับงานคอมพิวเตอร์ควอนตัมของเขาในปัจจุบัน
การถอดเสียง
ชาร์ลี มาร์คัส:ฉันต้องการเล่าเรื่องเกี่ยวกับวิธีที่มนุษย์สามารถสร้างสรรค์สิ่งต่างๆ ที่ไม่เคยมีมาก่อน และการศึกษาวิทยาศาสตร์ตอนนี้ไม่ได้เป็นเพียงการศึกษาปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติโดยที่จิตมนุษย์ไม่ได้สร้างมันขึ้นมา
สตีฟ Strogatz [บรรยาย]:จากนิตยสารควอนตั้มนี้เป็นความสุขของ x ผมสตีฟ สโตรกัทซ์ ในตอนนี้ชาร์ลี มาร์คัส .
Steve Strogatz:คุณกำลังร้องเพลงแห่งชัยชนะของจินตนาการของมนุษย์ที่แสดงออกผ่านวิทยาศาสตร์ ดังนั้น มันจึงไม่ใช่แค่จินตนาการที่ดุร้ายและไร้เดียงสา มันคือจินตนาการที่ถูกจำกัดด้วยการสังเกต โดยการทดลอง แต่ท้ายที่สุดแล้ว … จินตนาการ
มาร์คัส: ถูกต้อง
สโตรกัทซ์:ชาร์ลี มาร์คัสเป็นนักฟิสิกส์ควอนตัมที่ฉันคิดว่ากำลังทำงานที่น่าตื่นเต้นที่สุดในปัจจุบันเกี่ยวกับความพยายามที่จะสร้างสิ่งที่ยังไม่มีอยู่จริง นั่นคือคอมพิวเตอร์ควอนตัม อันที่จริง ฉันกับชาร์ลีเริ่มต้นอาชีพด้วยกันตั้งแต่ตอนที่เขายังเป็นนักศึกษาปริญญาโทและฉันเป็นหลังปริญญาเอก เราทำงานกับบางสิ่งที่ค่อนข้างลึกลับที่เรียกว่าไดนามิกของคลื่นความหนาแน่นที่มีประจุ
Strogatz:คุณรู้ไหม ฉันคิดว่ามันประมาณครึ่งชีวิตที่แล้วที่เราทำงานร่วมกันทางวิทยาศาสตร์
Marcus:ฉันรู้สึกนิดหน่อย – โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อฉันมีความทรงจำที่ไม่ดีในวัยเด็กของฉัน ในแบบที่รู้สึกเหมือนมากกว่าครึ่งหนึ่งของชีวิตวิทยาศาสตร์ของฉันที่ผ่านมา
สโตรกัทซ์:จริงเหรอ?
มาร์คัส:เพราะ—
Strogatz:ความจำของคุณมีรายละเอียดมากกว่านี้ไหม?
Marcus:สำหรับชีวิตของฉัน สมมุติว่าครึ่งชีวิตที่ผ่านมา เพราะครึ่งแรกนั้นแทบจะนับไม่ถ้วน ฉันไม่มีวัยเด็กที่สดใสอย่างที่หลายคนมี ยกเว้นร้านดนตรี
สโตรกัทซ์:โอเค บอกพวกเราหน่อยได้ไหมว่า ร้านขายเครื่องดนตรีนี้คืออะไร? คุณทำอะไรอยู่?
มาร์คัส:โอ้ เด็กน้อย ใช่. ตอนที่ฉันเรียนมัธยมปลาย ฉันได้งานทำในร้านขายเครื่องดนตรี และขายกีตาร์และซ่อมกีตาร์ ตอนนั้นฉันเล่นดนตรีมาก และเป็นการลงมือทำจริง ๆ ราวกับมีคนเข้ามาพร้อมเครื่องดนตรีที่แตกหัก และมันก็เป็นช่วงปลายยุคฮิปปี้ และมันก็เต็มไปด้วยพวกฮิปปี้ และฉันก็ยึดติดกับมันอย่างสมบูรณ์ และที่แปลกก็คือ ฉันมีความรับผิดชอบอย่างไม่น่าเชื่อ สำหรับเด็กมัธยมปลาย เช่น ฉันจะเปิดร้านในวันเสาร์ และไปที่ธนาคาร แล้วเอาเงินไปใส่ในเครื่องบันทึกเงินสด และเปิดร้านทั้งร้านจนกว่าจะถึงเวลาปิด
Strogatz:นั่นทำให้ฉันคิดว่านี่คือ… เมื่อคุณพูดถึงร้านขายเพลง นั่นเป็นส่วนหนึ่งของงานที่คุณทำเมื่อคุณช่วยเหลือผู้คนคือชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์และกลไกบางส่วน
มาร์คัส:ส่วนใหญ่เป็นกลศาสตร์ ฉันไม่คิดว่ามีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ใด ๆ ที่เกี่ยวข้อง มันเป็นเครื่องดนตรีประเภทอะคูสติกที่เน้น
สโตรกัทซ์:จริงเหรอ? ตกลง.
มาร์คัส:ครับ. แต่ที่บ้านฉันมีไฟฟ้า – ฉันเคยทำอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อยู่แล้ว
Strogatz:สำหรับฉันแล้ว ฉันรู้สึกเป็นสัญลักษณ์หรือเป็นตัวแทนของทัศนคติที่ทำได้ของคุณในการทำให้สิ่งต่างๆ สำเร็จ แก้ไขสิ่งต่างๆ และไม่ใช่ว่าคุณทำอย่างนั้นในร้านขายเพลง
Marcus:ฉันคิดว่าการทำงานร่วมกันของเรานั้นยอดเยี่ยมมาก และจริงๆ แล้ว มีส่วนหนึ่งของเรื่องราวที่ฉันไม่รู้ว่าคุณจำได้หรือเปล่า แต่สำหรับฉันแล้ว มันกลายเป็นสัญลักษณ์ของสิ่งอื่นโดยสิ้นเชิง และกับเพื่อนที่ดีอื่น ๆ ในภายหลังในชีวิต ฉันใช้ความคิดนี้ซ้ำแล้วซ้ำเล่า แต่มันมาจากคุณ แต่คุณบอกว่าเราควรร่วมมือกันในบางสิ่ง และฉันก็พูดว่า “แล้วอะไรล่ะ” คุณพูดว่า “โอ้ ฉันไม่สนใจ” ชอบใครสน? ถามอะไรโง่ๆ ไม่สำคัญว่าเราทำงานอะไร
สโตรกัทซ์:จริงเหรอ?
มาร์คัส:ครับ. มันเหมือนกับว่า มาร่วมมือกันทำอะไรสักอย่าง และเราก็แค่ — มันเหมือนกับการเลือกโดยพลการ ความสนุกอยู่ในความร่วมมือ ไม่ใช่ว่ามีปัญหาใหญ่ๆ ที่ต้องแก้ไข ทักษะของคุณ—
Strogatz:ฉันเข้าใจแล้ว
Marcus: — และทักษะของฉันจะไขได้ ก็แค่ “เลือกบางอย่าง ทำงานกับมันเพื่อความสุขที่แท้จริงของการได้ร่วมงานกับใครซักคนในบางสิ่ง”
สโตรกัทซ์:ใช่
Marcus:นั่นเป็นความคิดใหม่สำหรับฉัน และนั่นก็มาจากคุณ และฉันชอบความคิดนี้มาก แนวคิดก็คือว่าสิ่งที่เราทำในกิจกรรมนี้เป็นองค์กรของมนุษย์ที่ไม่เหมือนกับว่ามีรายการปัญหาที่พระเจ้าประทานให้ซึ่งจำเป็นต้องแก้ไข และเราจะไปให้ถึง ด้านล่างของรายการ ไม่มีรายการ มีเพียงเราเท่านั้น และคุณสามารถ… เมื่อคุณมีเพื่อนหรือคู่ชีวิตแล้ว คุณสามารถพูดว่า “มาทำอะไรสักอย่างกันเถอะ” และมันก็กลายเป็นปัญหาใหญ่จริงๆ แต่มันไม่ได้เกิดขึ้นเพราะนี่เป็นปัญหาบางอย่างที่ต้องแก้ไข มันเกิดขึ้นเพราะมันเป็นมิตรภาพที่ต้องการบางสิ่งบางอย่างที่จะหลอกลวงด้วย
ปัญหาที่ฉันสนใจคือความล่าช้า และความล่าช้าจะส่งผลต่อไดนามิกอย่างไร และไม่ว่าจะสร้างความโกลาหลหรือไม่ก็ตาม
Strogatz:ดังนั้น “ล่าช้า” หมายถึง…? นี่หมายความว่าอย่างไร?
มาร์คัส:สมมุติว่าคุณมีระบบที่ซับซ้อนซึ่งเชื่อมต่อถึงกันอย่างหนาแน่นซึ่งมีองค์ประกอบที่เรียกว่าความคับข้องใจ หมายความว่ามีลูปของการเชื่อมต่อโครงข่าย ดังนั้น A เชื่อมต่อกับ B B เชื่อมต่อกับ C C เชื่อมต่อกับ D และ D เชื่อมต่อกลับไปที่ A อีกครั้ง และพวกเขาอาจจะกำลังทำอะไรบางอย่างที่ A พยายามปิด B และ B พยายามที่จะปิด C และ C พยายามที่จะปิด D และ D พยายามที่จะปิด A แต่ถ้า A ปิด แสดงว่า B ไปต่อ
ดังนั้น สิ่งทั้งหมดก็แค่วิ่งวนเป็นวงกลม โดยที่ทุกคนพยายามพลิกอีกอันหนึ่งเป็นเครื่องหมายตรงข้าม สิ่งนั้น ซึ่งเรียกว่าความหงุดหงิดในวงจรที่ซับซ้อนเหล่านี้ เป็นแก่นแท้ของสาเหตุ ตัวอย่างเช่น โครงข่ายประสาทเทียมสามารถมีไดนามิกที่ซับซ้อน และสถานะภาคพื้นดินจำนวนอนันต์ ความร่ำรวยมากมายเกี่ยวข้องกับลูปที่มีความยุ่งยาก
Strogatz:สำหรับคนที่ไม่เคยคิดเกี่ยวกับความหงุดหงิด แน่นอนว่าเป็นคำธรรมดาที่เราทุกคนรู้ว่ามันหมายถึงอะไร
แต่ลองนึกภาพว่าคุณเป็นเพื่อนกับคู่รัก พวกเขาเป็นคู่สามีภรรยา แล้วพวกเขาก็หย่าร้างกันอย่างขมขื่น เคยเป็นว่าความสัมพันธ์ทั้งหมดเป็นไปในเชิงบวก คุณชอบแต่ละคนและพวกเขาชอบกันและกัน แต่หลังจากการหย่าร้างตอนนี้พวกเขาเกลียดกันก็มักจะเป็นเรื่องยาก นั่นเป็นสามเหลี่ยมที่น่าผิดหวัง เพราะคุณไม่สามารถเป็นเพื่อนกับทั้งสองคนได้จริงๆ เพราะพวกเขาไม่ต้องการแบบนั้น พวกเขามักจะต้องการให้คุณเลือกข้าง
มาร์คัส:ถูกต้อง อย่างแน่นอน. ตัวอย่างที่สมบูรณ์แบบ
สโตรกัทซ์:สามเหลี่ยมนั้นเปลี่ยนจากไม่หงุดหงิดเป็นหงุดหงิดหลังจากการหย่าร้าง
มาร์คัส:เยี่ยมมาก นั่นเป็นตัวอย่างที่ดี ตอนนี้ มีองค์ประกอบใหม่ ซึ่งเปลี่ยนจากการเป็นปัญหาคงที่ที่ผิดหวัง เพื่อนของคุณจะเป็นใครสำหรับอนาคตของความสัมพันธ์ ไปสู่ปัญหาพลวัต หมายความว่าอย่างไร ทุกสัปดาห์ฉันจะจัดการมิตรภาพกับแฟนเก่าได้อย่างไร ในเมื่อข้อมูลที่คุณได้รับเกี่ยวกับเขาบอกว่าเธอบอกว่าล่าช้า ในการเดินทางไปหาคุณ?
และคุณจะได้รับเงื่อนไขการหลบหนีเหล่านี้ ซึ่งคุณยังคงเลือกภักดี และคุณได้รับข้อมูลบางส่วน คุณพูดว่า “ตอนนี้เธอเป็นคนงี่เง่า ฉันจะไปเที่ยวกับเขา” แต่สัปดาห์ต่อมา คุณได้รับข้อมูลอื่นที่พิสูจน์ว่า ไม่ ไม่ ไม่ จริงๆ แล้ว เขาเป็นคนที่พูดแบบนั้น ดังนั้นคุณพูดว่า “ไม่ เสียใจ. ฉันผิดไป. เขาเป็นคนงี่เง่าและฉันจะไปเที่ยวกับเธอ” คุณสามารถรับสถานการณ์ที่เนื่องจากการเผยแพร่ข้อมูลล่าช้า —
สโตรกัทซ์: เอาล่ะ
Marcus: — สิ่งที่จบลงด้วยความหงุดหงิด กลับกลายเป็นสิ่งที่สั่นคลอน
สโตรกัทซ์:ใช่ คุณกำลังทำอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ –
Marcus:นั่นเป็นปัญหา—
Strogatz: — เวอร์ชันนี้
Marcus: — และมันเป็นปัญหาที่ยากในการแก้ปัญหาบนคอมพิวเตอร์ เพราะคุณจำเป็นต้องรู้ประวัติเวลาทั้งหมดก่อนที่คุณจะสามารถแก้สมการอนุพันธ์ของดีเลย์ ระบบสมการอนุพันธ์ที่มีการหน่วงเวลาได้ และมันง่ายกว่าที่จะสร้างมันขึ้นมา ที่จริงแล้ว สิ่งที่ตลกก็คือ สิ่งนี้เชื่อมโยงเรากลับไปที่ร้านดนตรี เพราะมีชิปอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ในอุตสาหกรรมเพลงเพื่อสร้างเสียง เช่น คอนเสิร์ตฮอลล์ที่มีเสียงสะท้อน
เช่น ถ้าคุณไม่มีห้องอะคูสติกที่คุณกำลังถูกบันทึกอยู่ หรือฉันไม่มี และคุณอยู่ในโบสถ์ที่ยิ่งใหญ่หรืออะไรทำนองนั้น มันจะเป็นเสียงก้องแทน และพวกเขาทำชิปที่คุณสามารถซื้อเพื่อสร้างส่วนของวงจรไมโครโฟน พวกเขาสร้างเสียงสะท้อน ดังนั้นฉันจึงซื้อชิปเหล่านี้จำนวนหนึ่ง ฉันเพิ่งเขียนถึงบริษัท และพูดว่า “ฉันขอเอคโค่ชิพพวกนี้สักอันได้ไหม” และฉันได้สร้างโครงข่ายประสาทเทียม จากนั้นจึงใส่ชิปสะท้อนกลับเข้าไปในวงจรโครงข่ายประสาทเทียม และจากนั้นก็มีสวิตช์เปิดอยู่เล็กน้อย คุณควบคุมจำนวนเสียงสะท้อนที่มีอยู่ในวงจรได้ ดังนั้น ฉันสามารถทำให้วงจรแสดงรูปแบบการสั่นเหล่านี้ได้ เพียงแค่เปิดเสียงโบสถ์
Strogatz:ฉันไม่เคยชื่นชมสิ่งนั้นจริงๆ ดังนั้น คุณไม่ได้ดึงขาของฉัน บางสิ่งเกี่ยวกับสิ่งที่คุณเรียนรู้จากประสบการณ์ร้านเพลงของคุณนั้นมีประโยชน์โดยตรงในงานนี้
มาร์คัส:ครับ. อย่างแน่นอน. ชิปเหล่านั้นคือ… เช่นเดียวกับกีตาร์ไฟฟ้า คุณสามารถนึกถึงเพลงบางเพลงที่มีเสียงสะท้อน มีเสียงสะท้อน และทำด้วยชิปเหล่านั้น
สโตรกัทซ์:ในที่สุดชาร์ลีก็รวมงานภาคปฏิบัติที่เขาทำในห้องทดลองเข้ากับบางสิ่งที่ผู้คนมักคิดว่าเป็นนามธรรม ทฤษฎี และแปลกประหลาดอย่างเหลือเชื่อ: ฟิสิกส์ควอนตัม ฟิสิกส์ควอนตัมเกี่ยวข้องกับอนุภาคขนาดเล็ก อนุภาคขนาดอะตอมหรือเล็กกว่านั้นและพฤติกรรมของมัน ปรากฎว่าพวกมันมีพฤติกรรมที่ยากสำหรับสมองมนุษย์ที่มีมหภาคของเราที่จะเข้าใจ
เมื่อเราพยายามใช้ภาษาเพื่ออธิบายสิ่งที่เกิดขึ้นด้านล่าง เราลงเอยด้วยการพูดเรื่องไร้สาระเกือบทั้งหมด ราวกับว่าอนุภาคไม่ได้เกิดขึ้นจริงไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง มันเหมือนกับว่าพวกเขาทั้งสอง สิ่งต่าง ๆ ไม่ใช่แค่ขาวดำในโลกควอนตัม คุณสามารถมีชีวิตอยู่และตายไปพร้อม ๆ กันหรือเปิดหรือปิดก็ได้ มันทุกประเภทไม่มีกำหนด
Marcus:เมื่อฉันบอกคนอื่นว่าฉันทำอะไรและพูดว่า “ฉันทำงานเกี่ยวกับคอมพิวเตอร์ควอนตัม” หรือ “ฉันทำงานเกี่ยวกับฟิสิกส์ควอนตัม” คำตอบมาตรฐาน เกือบจะเหมือนกับว่าผู้คนได้รับการตั้งโปรแกรมไว้ล่วงหน้าเพื่อให้คำตอบคือ “โอ้ จริงสิ ที่ซับซ้อน. ฉันไม่เคยเข้าใจสิ่งนั้น” ตกลง. แต่สมมุติว่าภรรยาของคุณพูดว่า “ฉันมีข่าวดีมาบอก ฉันท้อง.” ไม่มีใครเคยพูดว่า “โอ้ ซับซ้อนจริงๆ ฉันคิดเกี่ยวกับเรื่องนั้นแล้ว และฉันก็ไม่เข้าใจว่ามันจะเกิดขึ้นได้อย่างไร”
Strogatz:มันซับซ้อนมาก
Marcus:ถ้าคุณต้องการพูดคุยเกี่ยวกับสิ่งต่าง ๆ —
Strogatz:มันทำงานอย่างไร?
มาร์คัส: — นั่นซับซ้อน มีเรื่องที่ซับซ้อนมากมาย เช่น ทารกมาจากไหน? และสมองทำงานอย่างไร? ลืมเกี่ยวกับสมอง ฉันหมายถึงตับของคุณทำงานอย่างไร สิ่งเหล่านั้นซับซ้อนจริงๆ