Η κβαντική επανάσταση μας αφορά όλους

Άποψη της έκθεσης του Βλάση Κανιάρη στην γκαλερί Καλφαγιάν

ΑΠΟ ΤΙΣ ΦΥΣΙΚΟΜΑΘΗΜΑΤΙΚΕΣ ΕΠΙΣΤΗΜΕΣ

Του Χρήστου Λάσκου*

 

MICHIO KAKU, Κβαντική Υπεροχή, μετάφραση: Γιώργος Κυριακόπουλος, εκδόσεις Τραυλός, σελ. 612

 

Τι μας εμποδίζει να γράψουμε

και τους 24 τόμους της Εγκυκλοπαίδειας

στο κεφάλι μιας καρφίτσας;

Ρίτσαρντ Φέινμαν

 

Η απάντηση στο ερώτημα του Φέινμαν είναι: τίποτε! Τίποτε δεν μας εμποδίζει να γράψουμε ολόκληρη την Εγκυκλοπαίδεια στο κεφάλι μιας καρφίτσας! Στην πραγματικότητα, τίποτε δεν μας εμποδίζει να γράψουμε στον ελάχιστο όγκο πολλές χιλιάδες εγκυκλοπαίδειες.
Ο Φέινμαν παίζει εδώ με την διάσημη ανεκδοτολογική αναφορά στις μεσαιωνικές φιλοσοφικές διαμάχες: πόσοι άγγελοι χωρούν στο κεφάλι μιας καρφίτσας; Και, νομίζω, πως καλά κάνει, μια και στο υπόστρωμα των διαδικασιών, που επιτρέπουν την θετική απάντηση στο ερώτημά του, βρίσκονται οντότητες, οι οποίες έχουν υπόσταση κοντύτερα στην «αγγελική» από ό,τι στην συνήθη -υλική, ωστόσο, όσο και φασματική.
Πώς αλήθεια θα μπορούσαμε να αντιληφθούμε έναν κόσμο, τον κβαντικό, στον οποίο, αν, υποθετικά, ζούσαμε, όλα όσα γνωρίζουμε, από την εμπειρία στο «δικό μας» κόσμο, θα ήταν εσφαλμένα;
«Για παράδειγμα:
−Μπορούμε να βρισκόμαστε σε δυο μέρη την ίδια στιγμή
−Μπορούμε να εξαφανιζόμαστε και να επανεμφανιζόμαστε κάπου αλλού
−Μπορούμε να περνάμε μέσα από τοίχους και να διαπερνούμε φράγματα ανεμπόδιστα, κάτι που ονομάζεται «κβαντικό φαινόμενο σήραγγας»
−Όσοι άνθρωποι έχουν πεθάνει στο σύμπαν μας, μπορεί να είναι ζωντανοί σε ένα άλλο
−Όταν διασχίζουμε ένα δωμάτιο, στην πραγματικότητα ακολουθούμε όλες τις άπειρες δυνατές διαδρομές μέσα στο δωμάτιο» (σελ. 104).
Η διατύπωση για το τελευταίο είναι ότι, στον μικρόκοσμο, τα πράγματα δεν υπάρχουν σε συγκεκριμένες καταστάσεις, παρά μόνο ως το άθροισμα όλων των δυνατών καταστάσεων.
Δεν το διαπιστώνουμε στο δικό μας κόσμο, για μια σειρά από πολύ τεκμηριωμένους λόγους. Το ηλεκτρόνιο, όμως, σωμάτιο υποατομικό -και κύμα, ταυτόχρονα- συμπεριφέρεται ακριβώς έτσι. Ο κόσμος, όπου λαμβάνουν χώρα τα κβαντικά φαινόμενα, έχει διαστάσεις τρισεκατομμύρια τρισεκατομμυρίων φορές μικρότερες από τον κόσμο μας και εκεί «τα πάντα είναι κβαντισμένα», που σημαίνει ότι δεν υπάρχουν συνεχείς διαδικασίες. Όταν «κάτι» γράφει μια διαδρομή εκεί δεν ακολουθεί μια συνεχή διαδρομή, αλλά είναι σαν να πηδάει από σημείο σε σημείο – ο ίδιος ο χωρόχρονος είναι διακριτός!
Είπα, προηγουμένως, ότι το ηλεκτρόνιο είναι σωμάτιο, χωρίς εσωτερική δομή, μάλιστα- άρα στοιχειώδες, που δεν σπάει παρακάτω. Αλλά είναι και κύμα. Που σημαίνει πως απλώνεται στον χώρο. Δείτε, λοιπόν. Το ηλεκτρόνιο -και όλα τα στοιχειώδη σωμάτια -είναι εντοπισμένα στον χώρο, ως σωμάτια, και, ταυτόχρονα, απλωμένα στον χώρο, ως κύματα. Σκεφτείτε μια μπάλα θαλάσσης, που είναι και κύμα μαζί.
Δεν γίνεται, θα πει κάποια. Στην πραγματικότητα, όχι μόνο γίνεται, αλλά και έχουμε άπειρες αποδείξεις πως συμβαίνει. Η καλύτερη, δε, απόδειξη είναι το πλήθος των εφαρμογών, που αξιοποιούμε στην καθημερινότητά μας -από το κινητό μέχρι το GPS, αλλά και τις πλέον συμβατικές συσκευές. Ή τις ακτινοθεραπείες, τους υπολογιστές και τα διαστημόπλοιά μας.
Σύμφωνα με τον Αϊνστάιν, όσο πιο επιτυχημένη γίνεται η κβαντική θεωρία, τόσο πιο ανόητη φαίνεται. Πραγματικά, όσα συμβαίνουν «εκεί κάτω», με καθοριστικές συνέπειες «εδώ πάνω», μοιάζει σα να δομούν μια Twilight Zone -μια Ζώνη του Λυκόφωτος. Αν ήμουν «κβαντικός», θα μπορούσε να βρεθώ, την ώρα που κοιμάμαι στο κρεβάτι μου, στον Άρη. Όχι να το ονειρευτώ, να βρεθώ στ’ αλήθεια.
Όπως είπα, προηγουμένως, η μετάβαση από ένα σημείο σε ένα άλλο ακολουθεί όλες τις, άπειρες, δυνατές διαδρομές – αυτό που τις διαφοροποιεί είναι η πιθανότητα να τις ακολουθήσει. Η μετάβαση μέσω του Άρη συγκεντρώνει απειροελάχιστη πιθανότητα, όχι, όμως, μηδενική. Ακόμη και η πιθανότητα να ξαναφτάσω στο κρεβάτι μου περνώντας από «την άκρη του Σύμπαντος» είναι μη μηδενική.
Το ηλεκτρόνιο, λοιπόν, όταν μεταβαίνει από ένα σημείο σε ένα άλλο, δεν ακολουθεί μια ακριβώς καθορισμένη διαδρομή -με κάποιον τρόπο, παίρνει όλες τις δυνατές διαδρομές. Αυτή η ιδιότητα του κβαντικού κόσμου ονομάζεται υπέρθεση και έχει ριζοσπαστικές συνέπειες -όχι μόνο για τη φυσική, αλλά και για τη φιλοσοφία.
«Αν εφαρμόσουμε την κβαντική θεωρία σε ολόκληρο το Σύμπαν, τότε πρέπει να δεχτούμε ότι το Σύμπαν, ακριβώς όπως το ηλεκτρόνιο, πρέπει να υπάρχει σε πολλές παράλληλες καταστάσεις.
Αν, λοιπόν, προσπαθήσουμε να εφαρμόσουμε την υπέρθεση σε ολόκληρο το Σύμπαν, τότε αναγκαστικά θα καταλήξουμε σε παράλληλα σύμπαντα […] Τα παράλληλα σύμπαντα είναι αναπόφευκτα» (σελ. 146».
Το δικό μας σύμπαν είναι, απλώς, ένα ανάμεσα σε πάμπολλα. Αυτή η εικόνα, βέβαια, προκύπτει από μια συγκεκριμένη ερμηνεία της κβαντικής, που αποδίδεται στον Έβερετ. Και η κυρίαρχη, ωστόσο, θεωρία -αυτή της Κοπεγχάγης- όχι μόνο βασίζεται στην υπέρθεση, αλλά έχει εξίσου παράδοξες συνέπειες. Γι’ αυτήν, π.χ., ο κόσμος «διαμορφώνεται» όταν τον παρατηρούμε -η μέτρηση, οδηγώντας στην κατάρρευση της κυματοσυνάρτησης, μας «προσφέρει» τον συγκεκριμένο κόσμο. Οι αντίπαλοι αυτής της ερμηνείας την σαρκάζουν αποδίδοντάς της την ιδέα ότι «η Σελήνη υπάρχει επειδή την παρατηρεί ένα ποντίκι».
Όποια ερμηνεία, όμως, κι αν γίνει δεκτή, η υπέρθεση είναι δεδομένη -ανήκει στον σκληρό πυρήνα του κόσμου. Όπως και η διεμπλοκή, το γεγονός, δηλαδή, ότι, «όταν δύο αντικείμενα βρίσκονται σε συνοχή μεταξύ τους, τότε παραμένουν σε συνοχή ακόμη κι αν τα χωρίζουν  τεράστιες αποστάσεις» (σελ. 109). Σκεφτείτε δύο ηλεκτρόνια, που έχουν αντίθετα σπιν -σαν να περιστρέφονται με αντίθετες φορές -και αποτελούν ζευγάρι, του οποίου το συνολικό σπιν είναι, προφανώς μηδέν, αφού αυτά του καθενός είναι αντίθετα μεταξύ τους. Τα ηλεκτρόνια, εφόσον είναι σε συνοχή αρχικά, τη διατηρούν για πάντα. Αν τα διαχωρίσουμε και τα φέρουμε στις «απέναντι άκρες» του Σύμπαντος, συνεχίζουν να επικοινωνούν μεταξύ τους -όχι με την αναγκαία, από την ειδική θεωρία της σχετικότητας, ταχύτητα του φωτός- αλλά ακαριαία! Σα να λέμε, με άπειρη ταχύτητα.
Ο Κάκου, το βιβλίο του, ασχολείται ειδικά με την επανάσταση των κβαντικών υπολογιστών. Υπολογιστών, δηλαδή, οι οποίοι αξιοποιούν τα κβαντικά φαινόμενα, προκειμένου  να κάνουν υπολογισμούς σε χρόνο ασύλληπτα μικρότερο από ό,τι οι ψηφιακοί υπολογιστές. Αντί να χρησιμοποιούν ολοκληρωμένα κυκλώματα, θέτουν τις υπολογιστικές διαδικασίες στο επίπεδο των ατόμων. Τα άτομα είναι που παίζουν τον ρόλο, που σήμερα αναλαμβάνουν τα τσιπάκια. Ο συγγραφέας δείχνει αναλυτικά πώς, η συνοχή, η υπέρθεση και η διεμπλοκή μπορούν να οδηγήσουν στη δημιουργία των κβαντικών υπολογιστών Η μετάβαση από τα bits στα qubits αυξάνει, σε απίστευτο βαθμό, τις υπολογιστικές δυνατότητες.
Για παράδειγμα, σήμερα πραγματοποιούμε χιλιάδες πειράματα για τον καρκίνο, επιδιώκοντας να δούμε γιατί αυτά τα καταραμένα κύτταρα «ξεχνούν να πεθάνουν» και να καταφέρουμε «να τον μετατρέψουμε από θανατική καταδίκη σε απλή ενόχληση -όπως έχει γίνει με την κοινή γρίπη» (σελ. 296). Ο κβαντικός υπολογιστής θα μπορεί να τρέξει αμέτρητα εικονικά πειράματα σε εύλογο χρόνο και, έτσι, δίνει τεράστιες δυνατότητες για την αντιμετώπισή του. Ο ψηφιακός για να κάνει το ίδιο, στα μέγιστα εφικτά όριά του, θα χρειαζόταν χιλιάδες -ή και περισσότερα- χρόνια.
Ο Κάκου αναλύει δεκάδες αντίστοιχα εγχειρήματα, τα οποία θα μπορούσε να αναλάβει ένας κβαντικός υπολογιστής. Από τη δημιουργία τεχνητής χλωροφύλλης και την οριστική λύση του επισιτιστικού, την ολοκληρωτική αντιμετώπιση του ενεργειακού ζητήματος και την αποτροπή της κλιματικής κατάρρευσης, μέχρι την τεχνητή νοημοσύνη, αλλά και την ίδια την αθανασία -και πολλά ακόμη- η εφικτότητα αυξάνεται εκθετικά, με τη χρήση του.
Το βιβλίο είναι πραγματικό περιβόλι γνώσεων. Ευανάγνωστο και προσβάσιμο, σε πολύ μεγάλο βαθμό, από τον καθένα.      
 
*Ο Χρήστος Λάσκος είναι εκπαιδευτικός