Лично для меня это, пожалуй, самый главный вопрос, для ответа на который мы, возможно, будем вынуждены полностью изменить свои теоретические концепции. Пресловутая унифицированная теория, теория объединения всех физических взаимодействий, если, конечно, мы ее когда-нибудь создадим, ответит на этот ключевой вопрос, и это, в свою очередь, даст нам понимание общей структуры Вселенной, в которой мы живем. А это позволит нам наконец понять не только, каково состояние Вселенной «сейчас» (хотя на самом деле в физике нет ничего, что особо выделяет то, что мы чувствуем как «сейчас», как «настоящее время»), но и что произошло в самом ее начале, и что произойдет в ее конце.
—Бытьможет,тогдавзаключениевыприведетекакой-нибудьболееконкретныйпримеризобширногоперечняприоритетныхзадачсовременнойфизики?
— Что ж, поскольку мы уже говорили о проекте РКЦ, в развитии которого я рассчитываю принять участие, думаю, можно в качестве примера взять тему квантового компьютинга, то есть немного порассуждать о том, сможем ли мы в ближайшем времени сконструировать реально работающие квантовые компьютеры.
Этот вызов относится к числу очень серьезных. В частности, физике, работающей с наномасштабами (nanoscale physics), необходимо будет разобраться в том, какие различные фазовые состояния вещества присутствуют в природе на наноуровне, какие новые виды и типы материалов потребуются для того, чтобы успешно работать в этой шкале масштабов. Сегодня даже самые продвинутые в этой области исследователи и теоретики честно признают, что мы еще очень далеки от реального понимания обширного комплекса явлений и механизмов, характерных для наномасштабов. Более того, даже если мы сумеем в самых общих чертах разобраться с тем, какие именно виды и типы вещества существуют или могут существовать на этом уровне организации материи, далее нам потребуется понять, каковы их реальные свойства и как их можно использовать полезным образом на практике, то есть при помощи каких «сборочных операций» мы сумеем организовать эффективное взаимодействие сложных комплексов отдельных атомов и заставим их выполнять нужную для нас работу.
Что же касается теоретического обоснования различных физических процессов, происходящих на наноуровне, в принципе нам уже известны многие уравнения; при помощи квантовой хромодинамики, изучающей особенности поведения кварк-глюонной плазмы (сверхплотного состояния вещества), сделаны достаточно сложные теоретические расчеты, позволяющие двигаться дальше в этом направлении.
Но помимо наноуровня нам также потребуется понять строение вещества на еще более мелких масштабах, на которых дополнительным значимым фактором станет квантовая гравитация. Иными словами, на передний план выйдут те вопросы, о которых я уже сказал: проблемы построения «итоговой» теории большого объединения, выявления физической природы пространства-времени в сверхмалых (а равно и сверхкрупных, «космологических») масштабах и так далее.
—Возвращаяськисходномувопросуоперспективахсозданияквантовыхкомпьютеров:чтовслучаеихуспешногоконструированияможетпроизойтиснынешнимикремниевымимашинами —ихпридетсявыбрасыватьнасвалку?
—
На самом деле ничего подобного, скорее всего, нам делать не придется. Полупроводниковые компьютеры доказали свою высокую эффективность для человечества и, по крайней мере в обозримом будущем (пускай даже на смену кремнию и придут какие-то другие новые материалы, например графен), отказываться от их массового использования никто не будет.
Квантовый компьютинг будет задействован лишь в весьма ограниченной сфере, требующей специальных, сверхсложных вычислений, то есть ни о какой тотальной замене полупроводниковых компьютеров на квантовые речи не идет, произойдет лишь добавление этих новых супермашин к уже имеющимся традиционным вычислительным мощностям.
—Какизвестно,внастоящеевремяразрабатываютсяоченьразныетеоретическиесхемыимоделибудущихквантовыхкомпьютеров,поэтомухотелосьбыузнатьвашемнение:какаяизнихмоглабыоказатьсянаиболееэффективнойиполезной?
— Ну, тут очень многое зависит от того, для чего конкретно их хотелось бы использовать. Скажем, как физик-теоретик я был бы более всего заинтересован в создании некоего универсального квантового симулятора, который смог бы точно смоделировать различные реальные процессы, происходящие в квантово-механических системах. К слову сказать, такие устройства на самом деле уже существуют, их рабочие прототипы были созданы несколько лет назад — на базе ультрахолодных атомов. И эти симуляторы на ультрахолодных атомах достаточно быстро приближаются к той стадии, когда они смогут быть использованы на практике. То есть аналоговые квантовые компьютеры — это не какая-то далекая мечта, а вполне обозримая перспектива. Более того, уже сейчас они почти созрели для конкретного применения: так, в моем институте в Санта-Барбаре в настоящее время активно разрабатывается новая программа по изучению квантовой динамики — это крайне сложная проблема, требующая специальных вычислений, и при помощи симуляторов на холодных атомах мы рассчитываем понять, что именно происходит с квантово-механическими системами, и в буквальном смысле увидеть, снять кино о том, как перемещаются в пространстве-времени отдельные атомы.
