211service.com
První důkaz, že kvantové procesy generují skutečně náhodná čísla
Mezi fyziky narůstá pocit, že všechny fyzikální procesy lze považovat za informace, které uchovávají a zpracovávají; podle některých účtů jsou informace základní jednotkou existence v našem vesmíru. Tento druh myšlení má mimořádné důsledky: to znamená, že realita je druh výpočtu, ve kterém základní procesy v práci jednoduše razí cestu obrovským informačním základem.
A přesto je to v rozporu s další z velkých výzev, kterým moderní věda čelí: pochopení podstaty náhodnosti. Zatímco informaci lze definovat jako uspořádanou sekvenci symbolů, náhodnost je opakem pořadí, absence vzoru. Jedním ze základních rysů skutečné náhodnosti je, že ji nelze vytvořit počítačem, jinak by nebyla náhodná, a to vytváří problém, který se snoubí.
Pokud jsou všechny fyzikální procesy ve vesmíru probíhajícími výpočty, jak vzniká náhodnost? Jaký proces může za jeho vznik?
Až donedávna mohli matematici studovat pouze náhodnost generovanou klasickými fyzikálními procesy, jako jsou házení mincí nebo počítačové programy, které generují takzvanou pseudonáhodnost. Vzhledem k tomu, že fyzikální procesy, jako je házení mincí, se těžko prokazují nezaujaté a obtížně se ovládají, jsou generátory náhodných čísel pracanty programy jako Mathematica, které využívají zajímavé vlastnosti celulárních automatů ke generování pseudonáhodných sekvencí čísel. Další metodou je jednoduše vybrat posloupnost čísel z číslic iracionálního čísla, jako je pí.
Tyto věci vypadají a působí náhodně, ale protože to lze vypočítat, matematici s nimi zacházejí s podezřením.
Ale v posledních několika letech vědci našli nový zdroj náhodnosti, který nemůže být vytvořen počítačovým programem. Tomu se říká algoritmická náhodnost a je to zlatý standard, pokud jde o absenci řádu. Novým zdrojem této náhodnosti je kvantový svět a pochází z využívání kvantových procesů, jako je to, zda je foton přenášen nebo odrážen polostříbrným zrcadlem.
To by mělo produkovat sekvence, které nikdy nemohou být vytvořeny počítačem. Jsou však tyto sekvence měřitelně odlišné od těch, které produkují počítače?
Tuto otázku dnes řeší Cristian Calude na University of Auckland na Novém Zélandu a několik kolegů. Tito lidé provedli první experimentální srovnání náhodnosti generované těmito různými způsoby a provedli to ve velkém měřítku pomocí sekvencí dlouhých 2^32.
Calude a spol porovnávají několik variant náhodných sekvencí generovaných různými způsoby. Sekvence pocházejí z kvantového generátoru náhodných čísel tzv. Kolik , další od fyziků ve Vídni, kteří také využívají kvantové procesy, používají také konvenční sekvence generované počítačovými programy jako Mathematica a Maple a také sekvenci 2^32 bitů z binární expanze pí.
Tým používá při srovnání čtyři různé testy, které spadají do čtyř kategorií založených na teorii algoritmické informace, statistické testy zahrnující frekvenční počty, test založený na Shannonově teorii informace a nakonec test založený na náhodných procházkách.
Výsledky ukazují, že sekvence generovaná Quantisem je snadno odlišitelná od ostatních datových souborů. To říkají Calude a spol. je důkazem, že kvantová náhodnost je skutečně nevyčíslitelná. To znamená, že jej nemohl vygenerovat počítač.
Je příznačné, že nechávají nezodpovězenou otázku, jak přesvědčivé jsou tyto důkazy, které shromáždili, a místo toho zacházejí do určité míry, aby poukázali na to, že je nemožné prokázat absolutní náhodnost.
Nicméně, pokud jsou tyto důkazy brány jako nominální hodnota, nechává nás to před významným koncepčním dilematem. Na jedné straně to ukazuje, že Quantis produkuje sekvence náhodných čísel, které nelze generovat počítačem. A přesto je samotný Quantis stroj, který musí pracovat na manipulaci s informacemi tak, jak to fyzikální zákony dovolují – musí to být svého druhu počítač.
Tento rozpor může znamenat pouze to, že je něco v nepořádku s tím, jak přemýšlíme o náhodnosti nebo informacích nebo obojím (nebo alespoň ve způsobu, jakým jsem to zde nastavil).
Odpověď samozřejmě musí ležet v povaze informace v kvantovém světě. Je snadné definovat informace klasicky jako uspořádanou sekvenci symbolů. Ale tato definice se rozpadá, jakmile se tyto symboly stanou kvantové povahy.
Pokud každý bit může být zároveň 1 i 0, co to znamená, že taková sekvence je v pořádku? Stejně tak, jak by vypadala absence řádu v takové kvantové sekvenci?
Právě při řešení těchto otázek je povaha našeho vesmíru rozdělována.
Ref: arxiv.org/abs/1004.1521 : Experimentální důkaz nevyčíslitelnosti kvantové náhodnosti