Macska a multiverzumban

Képzeljék el, hogy a forint árfolyama egyszerre erősödik, gyengül, ugyanakkor változatlan, a dollár zuhan, mint mostanában, de emelkedik is, továbbá a Mol többségi részesedését nem szerezte meg az OMV, de mégis megszerezte, illetve egy másik cég lett a többségi tulajdonos. Ekkor minimum három-három univerzumban működnének a dolgok, és egyes tudósok szerint ez így is van…

Hugh Everett, a Princetoni Egyetem diákja több mint 50 éve vetette fel, hogy mindenre alkalmazni kellene a mikrovilág jelenségeinek leírására kidolgozott kvantumfizikát. A kvantummechanikában egy ún. hullámfüggvény írja le a részecskéket, ez a függvény egyszerre sok, egymást is kizáró lehetőséget jelenít meg. Ezek közül a részecske akkor vesz fel egy határozott állapotot, ha megmérjük, vagyis megfigyeljük.

A klasszikus példa a német fizikus, Schrödinger macskája. A Nobel-díjas tudós példájában dobozba tesznek egy macskát. A dobozba nem látunk bele, így nem tudjuk, hogy az állat él-e vagy már elpusztult. A kvantumelmélet szerint mindkét állapotban létezik egyszerre. A macska akkor kerül a két lehetséges állapot valamelyikébe, ha kinyitjuk a dobozt, és megfigyeljük.

Lefordítva a fizika nyelvére, a kvantummechanika a „szuperpozíció” elvének nevezi, amikor egy részecske (vagy hullám) ún. kevert állapotban van, azaz bizonyos tulajdonságait nem tudjuk egyértelműen megállapítani. A részecske addig marad ebben, amíg valamilyen módon meg nem állapítjuk, hogy valójában hol és milyen állapotban van. A probléma ott kezdődik, hogy mérés (megfigyelés) hatására a szuperpozíció összeroppan, és a részecske egyértelműen a lehetséges állapotok egyikébe kerül.

Everett szerint ha a kvantummechanikát a világegyetemre alkalmazzuk, akkor a világ állapotok sokaságában létezhet. A párhuzamos, egymás mellett létező világegyetemek sokaságában, a multiverzumban (sokszoros univerzumban) minden lehetséges fizikai állapot megvalósul. Schrödinger macskája a doboz kinyitása után megkettőződik, az eredeti macskát tartalmazó univerzum megduplázódik, kettéhasad. Az egyikben élni fog a macska, a másikban pedig nem. Ha egy másik folyamatnak ötféle kimenete lehet (ötféle kvantumállapot lehetséges), akkor ott öt új univerzum keletkezik.

Everett gondolatmenetét évtizedekig nem fogadták el a fizikusok. Elsősorban azt hiányolták, hogy a multiverzumban nem működött a kvantummechanikai történések valószínűségekre alapozott leírása. A hullámfüggvény négyzete ugyanis a kísérleti eredményekkel egyezésben megadja egy kísérleti megfigyelés várható eredményét. Oxfordi kutatók ugyanakkor kihagyták számításaikból a valószínűség-elméletet, de belevették a multiverzum lehetőségét.

Multiverzumuk elágazások sorából áll, egy univerzum önmaga párhuzamos változataira hasad szét. Az elágazási arányok számításaihoz nem valószínűségi, hanem ún. determinisztikus egyenleteket használnak, az elágazások szerkezete így pontosan visszaadja a hullámfüggvény négyzetéből jósolt valószínűségeket.

Az elmélet gyakorlatba való átültetése a számítástechnikát, ezáltal a tudományt, a gazdaságot, így az egész életet forradalmasíthatja. Ez a technológia azt ígéri, hogy a jelenlegi számítógépekhez képest drámaian lerövidíti a nagy számításigényű feladatok megoldási idejét. Tipikus példája a megoldandó problémának az úgynevezett utazó ügynök szituáció, amikor a különböző városok, címek közötti legrövidebb utat kell megtalálni. Ez exponenciálisan egyre komolyabb kihívássá válik, ahogy nő a címek listája, ugyanis a legjobb út megtalálása céljából minden lehetőséget végig kell zongorázni, és újra kell kezdeni minden egyes új cím bekapcsolódásával, írja az egyik magyar tudományos portál.

Mérnöki szemmel a probléma úgy foglalható össze, hogy egy olyan rendszert kell létrehozni, amely elszigetelt mindentől, kivéve a mérő és vezérlő mechanizmusokat. Ezen túlmenően képesnek kell lennünk arra, hogy kikapcsoljuk a qubitek és a mérés közötti csatolást, és így ne oltsuk ki a qubiteket, miközben műveleteket végzünk velük.

A kvantumszámítógépek azon az elven alapulnak, hogy míg egy hagyományos komputer a bináris számrendszerben, csak 1, illetve 0 bitekkel képes dolgozni, addig egy kvantumbit (qubit) a „szuperpozicionált” állapotban bárhol állhat a két érték között. Ahogy a qubitek száma nő, úgy növekszik a különböző összekapcsolt állapotok száma, amelyeket megtestesíthetnek. Két qubit 4 különböző állapotra képes, amelyeket szimultán fel lehet dolgozni, míg három qubit már 8-ra, és így tovább, exponenciálisan növekvően. Egy 40 qubites egytrillió műveletre, egy 100 qubites rendszer pedig szinte elképzelhetetlenül nagy mennyiségű egyidejű művelet végrehajtására képes. A kanadai Vancouver közelében lévő Burnaby kutatóközpont egy évvel ezelőtt közölte, hogy elkészült az első működőképes kvantumkomputere, amely azonban még mindig kísérleti stádiumban dolgozik.