Квантовая симуляция будущего

В её голосе появилось что-то игривое – едва уловимое, но отчётливое. Как будто она знала больше и наслаждалась тем, что я пока – нет.

Я поймал себя на том, что хочу услышать продолжение именно от неё.

– Софья позже покажет вам комнату, в которой вы будете жить, и познакомит с трапезной. Любую информацию о нашем обществе найдёте в личном компьютере или спросите Тургора, – продолжил Аркадий.

– Обращайтесь, Максим. Любые сплетни внутри обители и свежие новости за её пределами – к вашим услугам, – добавил Тургор.

Я с недоумением посмотрел на присутствующих, но по их улыбкам понял, что здесь давно привыкли к шуткам голосового помощника.

После обеда мне показали квантовый компьютер и устроили экскурсию по лабораториям. Больше всего меня поразила лаборатория регенеративной медицины.

– Вот, взгляните, – сказал сотрудник, указывая на монитор.

На экране была модель человека – анатомически точная, детализированная.

– Попробуем ампутировать ногу.

Щелчок клавиш.

На модели выше колена появилась кровавая рана.

Я невольно напрягся.

– События моделирования ускорены. Одна минута – это месяц процессов в организме.

На соседнем экране замелькали химические формулы, графики, таблицы. А на первом шло заживление – формировалась культя.

– Обычная реакция организма, – пояснил сотрудник. – А теперь результат нашей работы.

Снова щелчок.

Цифры ускорились. Формулы усложнились. И я увидел, как вместо культи начала отрастать новая конечность.

Медленно. Почти завораживающе.

Минут через десять регенерация завершилась.

– И как вам это удалось? – спросил я с нескрываемым восхищением.

– До недавнего времени считалось, что возможность репаративной регенерации, происходящей после повреждения или утраты части тела, была практически утрачена большинством живых организмов в процессе эволюции – за исключением некоторых видов, например амфибий. Однако обнаружение гена p21 и его свойства блокировать регенеративные возможности организма позволило усомниться в этом утверждении.

Эксперименты на мышах показали, что при отсутствии гена p21 в организме грызунов запускается регенерация утраченных или повреждённых тканей. При его деактивации клетки ведут себя подобно эмбриональным стволовым: они выращивают новую ткань, а не восстанавливают повреждённую. Аналогичный механизм регенерации наблюдается и у саламандр, способных заново отращивать хвосты и конечности.

Теоретически отключение гена p21 способно запустить сходный процесс и в человеческом организме. При этом p21 тесно связан с геном p53, который контролирует деление клеток и препятствует образованию опухолей. В норме p21 блокирует деление клеток при повреждении ДНК, поэтому его деактивация сопряжена с серьёзным риском развития рака.

Во время экспериментов на созданной модели при отключении p21 мы действительно фиксировали значительные повреждения ДНК. Однако нам удалось разработать и запустить механизм апоптоза – программируемой клеточной гибели, – который позволял клеткам делиться быстрее, не превращаясь в раковые. По завершении регенерации ген p21 вновь активируется, – закончил сотрудник лаборатории.

– Фантастика! – воскликнул я. – А на живых людях эту методику ещё не применяли?

– Увы… В «Обители» нет возможности проводить подобные эксперименты, а передавать наши разработки за её пределы пока нельзя.

Когда мы вышли из лаборатории, я невольно замедлил шаг.

– О чём думаете? – тихо спросила Лена, поравнявшись со мной.

– О том, что если всё это правда… мир наверху даже не представляет, что происходит у него под ногами.

Наши плечи почти соприкоснулись. Я почувствовал лёгкий аромат её волос – не духи, просто чистоту. И неожиданно поймал себя на том, что иду медленнее, чем нужно.

Мне показали ещё несколько лабораторий и познакомили с исследованиями, которые там проводились. Экскурсия завершилась в помещении с двумя массивными креслами пилотного типа у стены и огромными мониторами.

– А это, Максим, ваш с Еленой исследовательский кабинет, – торжественно произнёс Аркадий. – Лаборатория социального моделирования.

Я подошёл к одному из кресел.

– О! В этих креслах и поспать можно, – попытался я пошутить.

– И я о том же подумал, – тут же откликнулся Тургор. – Надо непременно воспользоваться ими, как только выпадет свободное время.

Смех разрядил атмосферу.

– Дмитрий принесёт подушку, – подхватил Евгений. – А я – беруши.

– Никто лучше Елены не расскажет вам о моделировании, – сказала Софья, направляясь к выходу. – Передаём вас на её попечение.

Они ушли.

Дверь закрылась.

Мы остались вдвоём.

Я опустился в кресло, с опаской поглядывая на лежащий рядом шлем с проводами.

– Ну что, Лена, рассказывайте: что нам предстоит делать?

Она не сразу ответила. Села напротив, скрестив ноги, и некоторое время просто смотрела на меня.

– Значит, вы писатель-фантаст, автор «Трактата о счастье»? – спросила она.

– Да. По крайней мере, вчера ещё был уверен в этом, – усмехнулся я.

– А сегодня?

– Сегодня я уже не уверен, что понимаю, где заканчивается фантастика.

В её глазах вспыхнула искра.

– А вы что-нибудь знаете о математическом прогнозировании? О моделировании? О квантовых вычислениях?

– В общих чертах. О квантовых компьютерах – только слышал. А симуляция… это что-то вроде игры?

– С вами всё ясно, – засмеялась она.

И этот смех был лёгким, живым. Не насмешливым – скорее радостным.

– А вы кто по образованию? – спросила она.

– Философский факультет СПбГУ. Социальная философия и философия истории. Короче, гуманитарий до мозга костей. Посему требую бережного к себе отношения – особенно во всём, что касается компьютеров, тем более квантовых, – выпалил я, едва сдерживая смех.

Она улыбнулась – но уже иначе. Теплее.

– Интересное сочетание, – сказала она тихо. – Вы мыслите категориями смыслов. А я – категориями формул.

– Значит, нам предстоит договориться?

Она чуть склонила голову.

– Не договориться. Совместить.

И в этом слове прозвучало больше, чем просто рабочий процесс.

Мне вдруг стало ясно: нас действительно поставили в пару не случайно.

Она – точность. Я – идея. Она – алгоритм. Я – смысл.

– С завтрашнего дня займёмся вашим просвещением, – улыбнулась Лена. – А сегодня предлагаю отдохнуть. Информации вы и так получили достаточно.

Она встала.

На мгновение её рука коснулась спинки моего кресла – почти случайно. Но этого короткого прикосновения оказалось достаточно, чтобы я почувствовал странное тепло, пробежавшее по спине.

И впервые за долгое время поймал себя на мысли, что жду не экспериментов.

А завтрашнего утра.

9. Бережный ликбез для гуманитария

На следующий день после завтрака мы с Леной снова встретились в нашей лаборатории.

Слово «нашей» прозвучало у меня в голове с каким-то особенным теплом.

Она уже сидела в кресле у панели управления, склонившись над терминалом. Свет от мониторов мягко подсвечивал её лицо – чёткие линии, внимательный взгляд, спокойная сосредоточенность. В ней не было показной эффектности. Но чем дольше я смотрел, тем яснее понимал: красота может быть интеллектуальной.

«Повезло мне с напарницей», – подумал я, не особенно стараясь скрыть свой интерес.

Лена почувствовала взгляд и подняла глаза. На секунду мы встретились взглядами. На её губах мелькнула едва заметная улыбка – чуть застенчивая, но уверенная.

– Ну что, товарищ «гуманитарий до мозга костей», – прищурилась она, – начнём наш бережный ликбез?

– А конспект вести обязательно? – поднял я руку, изображая примерного студента.

– Зачем? – усмехнулась Лена. – Тургор всё видит, слышит и запоминает. Если что-то забудете – спросите у него.

Она развернулась ко мне полностью. В её голосе появилась привычная преподавательская интонация – но не сухая, а живая.

– Начнём с математического прогнозирования. Скорее всего, вы уже имеете общее представление. Это использование математических методов и моделей для предсказания событий или результатов.

Она чуть наклонилась вперёд.

– В социологии прогноз всегда носит вероятностный характер. Мы не можем предсказать будущее с точностью до деталей – только оценить вероятность тех или иных сценариев. И именно поэтому относительно достоверные прогнозы возможны лишь на короткой дистанции. Несколько месяцев – это максимум, если говорить о высокой надёжности.

Я слушал, стараясь не отвлекаться на её глаза.

– Почему так? – продолжила она. – Потому что социальные процессы подвержены воздействию огромного числа факторов. Политика, экономика, культура, случайные события… Алгоритмы, лежащие в основе математических моделей, могут довольно точно описывать поведение больших групп людей. Но поведение конкретного человека – почти никогда.

– То есть я всё-таки непредсказуем? – вставил я.

– Более чем, – спокойно ответила она. – И это радует.

Я почувствовал, как внутри что-то приятно кольнуло.

Лена поднялась и прошлась по лаборатории, будто расставляя мысли по местам.

– Представьте, что мы сидим в баре в полуподвальном помещении. Через маленькое окно видим только ноги прохожих. Можем ли мы точно предсказать, кто первым пройдёт мимо – мужчина или женщина?

– Пятьдесят на пятьдесят, – ответил я.

– Верно. Это равновероятные события. Точный прогноз невозможен.

Она остановилась напротив меня.

– А как насчёт того, что подряд пройдут сто мужчин? Или сто женщин?

– Насчёт женщин не знаю, – задумчиво произнёс я, – а вот с мужчинами я бы не зарекался.

– Почему? – удивилась она.

– А вдруг рядом воинская часть? И рота солдат во главе с командиром решит прогуляться по улице.

Лена смотрела на меня несколько секунд – серьёзно, внимательно. А потом вдруг рассмеялась – искренне, громко, без всякой сдержанности.

– Теперь я понимаю, почему Аркадий выбрал мне в напарники именно вас.

– И почему же? – заинтересовался я.

– Потому что никому другому такое в голову бы не пришло.

Она покачала головой, всё ещё улыбаясь.

– Но продолжим. В социологии математическое прогнозирование использует несколько основных инструментов: анализ временных рядов, регрессионный анализ, статистические методы, экстраполяцию и моделирование.

– Простите… – перебил я. – Это вы сейчас кому рассказывали?

Она замерла, потом вспомнила мою вчерашнюю просьбу и рассмеялась.

– Точно. Бережное отношение. Особенно в том, что касается компьютеров, тем более квантовых.

– Вот именно, – кивнул я.

Лена снова села, на этот раз ближе ко мне.

– Хорошо. Проще. Компьютерное моделирование – это способ изучать общество не напрямую, а через его цифровую копию. Мы создаём модель социальной группы, задаём параметры, правила взаимодействия, внешние условия – и смотрим, что происходит.

Она говорила спокойно, но в её глазах уже зажигался азарт.

– Это позволяет предсказывать динамику социальных процессов и находить управляющие воздействия – такие изменения, которые приведут систему к наиболее благоприятному развитию.

– То есть, – уточнил я, – мы можем проводить социальные эксперименты не на живых людях, а на моделях?

– Именно. Мы можем «проигрывать» последствия революций, реформ, действий политических партий, решений правительств – и видеть, к чему это приведёт.

Я задумался.

– Звучит красиво. Но какое это имеет отношение к реальному обществу? Ваши разработки в медицине, генной инженерии или фармакологии можно внедрить. Но кто позволит вам вмешиваться в управление государством? Нарушать статус-кво? Даже если ваши идеи прогрессивны?

Она внимательно слушала.

– Без серьёзных изменений прогнозировать будущее страны можно и без компьютера, – продолжил я. – По аналогии с термодинамикой: энтропия любой социальной системы стремится к максимуму. Снижается уровень организации, падает эффективность, растёт неопределённость. В итоге – нестабильность и разрушительные тенденции.

Лена не перебивала.

Когда я закончил, она мягко ответила:

– А по-моему, лучше знать, как построить совершенное общество, даже если пока невозможно воплотить это в жизнь… чем беспомощно наблюдать за деградацией цивилизации и ждать окончательного развала.

В её голосе не было пафоса. Только спокойная убеждённость.

Я смотрел на неё и понимал: она верит.

– Убедили, – улыбнулся я. – Будем создавать модель совершенного общества. Но для начала… расскажите мне о квантовых компьютерах. Как они работают? И откуда берётся это сумасшедшее быстродействие?

Она чуть приподняла брови.

– Вот теперь начинается самое интересное.

Лена на мгновение задумалась, будто мысленно выстраивая маршрут – от простого к сложному.

– До последнего времени, – начала она, – подавляющее большинство задач решалось с помощью классических суперкомпьютеров. Это гигантские вычислительные системы с десятками миллионов процессорных ядер. Их принцип прост: разбить задачу на множество мелких фрагментов и выполнять их параллельно.

Она провела рукой по воздуху, как будто раскладывала невидимые карточки.

– Такой подход прекрасно работает для огромного числа вычислений. Но есть класс задач, перед которыми даже суперкомпьютеры оказываются бессильны.

– Например? – спросил я.

– Моделирование сложных химических и биологических процессов. Оптимизация. Криптография. И – что особенно важно для нас – моделирование социальных систем.

Она повернулась к одному из экранов, и на нём вспыхнули числа.

– Представьте простую задачу: нужно оптимально рассадить за столом десять человек. Чтобы перебрать все возможные варианты, потребуется рассмотреть 3 628 800 комбинаций.

– Уже звучит утомительно, – заметил я.

– А если гостей сто? – спокойно продолжила она. – Тогда количество возможных вариантов – порядка 9E157. А если тысяча – около 4E2557.

Она посмотрела на меня.

– Ни один классический компьютер не переберёт такое пространство решений за разумное время.

Я невольно присвистнул.

– То есть проблема в количестве вариантов?

– В их взрывном росте. Пространство решений увеличивается по экспоненциальному закону. И чем сложнее система, тем быстрее становится недостижимым полный перебор.

Она на секунду замолчала, а затем продолжила:

– Теперь добавим ещё одну сложность. Социальные модели по своей природе вероятностны. Чтобы понять истинную структуру распределения вероятностей, нам нужно многократно повторять эксперимент и усреднять результаты.

– Как в социологических опросах? – уточнил я.

– Почти. Только представьте это в более наглядной форме.

Она улыбнулась – и я заметил, как в её глазах появляется лёгкое лукавство.

– Допустим, в мешке лежит тысяча белых и тысяча чёрных шаров. Мы достаём один шар, записываем цвет, возвращаем его обратно и тщательно перемешиваем содержимое.

– И так много раз? – вздохнул я.

– Очень много. Если повторить эксперимент десять или двадцать раз, мы ничего не поймём. Нужно миллионы повторений, чтобы частоты выпадения приблизились к реальному распределению – например, 49,95 % белых и 50,05 % чёрных.

Она говорила спокойно, но её голос становился всё более увлечённым.

– На классическом компьютере это означает миллионы запусков одного и того же алгоритма: «достать шар», «зафиксировать цвет», «вернуть шар», «перемешать». А затем – усреднить результат.

Я поёрзал в кресле.

– Это понятно. Но как квантовый компьютер справляется с подобными задачами? В чём магия?

– Магии нет, – мягко улыбнулась Лена. – Есть физика.

Она подошла ближе. Слишком близко. Я чувствовал тепло её присутствия.

– Элемент памяти классического компьютера – транзистор. Он хранит один бит информации: либо 0, либо 1. В каждый момент времени он находится только в одном из этих состояний.

Она слегка коснулась пальцем поверхности стола, будто ставя точку.

– Квантовый компьютер использует кубиты – квантовые объекты. И вот здесь начинается принципиальное отличие. До момента измерения кубит находится в состоянии суперпозиции – то есть одновременно и 0, и 1.

– Одновременно? – переспросил я.

– Да. Это не поочерёдно. Не «то или это». А именно «и то, и это». И только в момент измерения кубит переходит в одно из конечных состояний – 0 или 1. Причём – с вероятностью, определяемой параметрами задачи.

Я попытался представить себе одновременно включённую и выключенную лампочку.

– То есть результат заранее не определён?

– Он определён статистически, – уточнила она. – Но не детерминирован в каждом отдельном измерении.

Она села напротив меня.

– Теперь представьте регистр классического компьютера – группу последовательно соединённых транзисторов. В каждый момент времени он находится в одном конкретном состоянии. Чтобы перебрать все возможные варианты, нужно пройти их последовательно – или параллельно, но всё равно по отдельности.

Она подняла взгляд.

– Квантовый регистр – это группа кубитов, находящихся в состоянии квантовой запутанности. И вот тут самое важное: такая система одновременно находится во всех возможных состояниях.

– Во всех сразу? – удивился я.

– Во всех сразу, – повторила она тихо. – Именно поэтому квантовый алгоритм может работать с огромным пространством решений как с единой структурой.

Её голос стал чуть мягче.

– Однако есть нюанс. Когда мы производим измерение, система «схлопывается» в одно конкретное состояние. А значит, полученный результат носит вероятностный характер.

– То есть мы всё равно не получаем гарантированно правильный ответ?

– Получаем, – спокойно сказала она. – Но статистически. Если выполнить измерение очень много раз, то наиболее часто встречающийся результат окажется искомым.

Я улыбнулся.

– Немного похоже на гадание на кофейной гуще.

Она засмеялась.

– В каком-то смысле – да. Только в нашем случае мы используем строго определённые квантовые алгоритмы и можем проводить миллионы повторных измерений практически мгновенно. Поэтому вероятность получения правильного результата стремится к единице.

Она наклонилась ближе, и её голос стал почти шёпотом:

– Весь смысл квантового компьютера в том, что некоторые задачи он решает принципиально быстрее любого классического. Для этого алгоритм должен уметь создавать и использовать запутанные квантовые состояния.

– Вот! – оживился я. – Что такое квантовая запутанность?

Её взгляд стал серьёзным.

– Это особая взаимосвязь между кубитами. Если они запутаны, то изменение состояния одного мгновенно влияет на состояние другого – независимо от расстояния между ними.

Она выдержала паузу.

– Вернёмся к нашим шарам. Представьте, что мешок – это квантовый компьютер, а шары – запутанные кубиты. Как только мы производим измерение – «вытаскиваем один шар», – вся система из двух тысяч кубитов мгновенно переходит в конкретное состояние.

Я медленно кивнул.

– То есть результат появляется сразу для всей системы?

– Да. Именно поэтому время выполнения квантового алгоритма не зависит от количества запусков так, как в классическом случае. Мы можем миллионы раз запустить алгоритм и усреднить результат – и всё это займёт доли секунды.

Она посмотрела на меня с лёгкой улыбкой.

– И вот это свойство – практически константное время выполнения при экспоненциально растущем пространстве решений – и есть ключ.

Я откинулся в кресле.

– Боже, как всё мудрёно… Но главное, что это работает. А значит – мы можем моделировать будущее.

– Можем, – тихо сказала она.

На секунду в лаборатории стало удивительно тихо.

Я всё ещё пытался уложить в голове одновременно существующие нули и единицы, когда Лена неожиданно смягчилась.

– Что касается устройства самого квантового компьютера… – она слегка пожала плечами. – В этом я, признаться, разбираюсь не так глубоко. Это вотчина Аркадия. Он – генеральный разработчик. Если захотите углубиться в схемотехнику и архитектуру квантового регистра – это к нему.

– Нет уж, – быстро отреагировал я. – Мне и сегодняшней лекции более чем достаточно. В конце концов, люди же пользуются смартфонами, не представляя, как устроена их начинка.

Она улыбнулась – мягко, по-доброму.

– Это разумный подход. Главное – понимать принципы, а не провода.

Она немного помолчала, будто решая, стоит ли переходить к следующей теме.

– Тогда осталось рассказать о квантовой симуляции. И на сегодня мы закончим.

Я выпрямился.

– Вот это – самое интересное. И, если честно, немного пугающее. Как этими шлемами пользоваться?

Мой взгляд невольно скользнул к лежащему рядом устройству с тонкими проводами.

Лена проследила за ним и чуть усмехнулась.

– Квантовая симуляция сложных социальных систем – это направление, в котором используется математический аппарат квантовой механики для описания социальных объектов и процессов. Мы переносим понятия суперпозиции, вероятностных состояний, запутанности – в модель общественных взаимодействий.

Она говорила уже не сухо, а с внутренним напряжением – как человек, объясняющий не просто теорию, а собственное дело жизни.

– Само понятие симуляции предполагает, что вся физическая реальность, эмоции, мысли и взаимодействия могут быть результатом программы, запущенной на квантовом компьютере. В рамках модели – всё, что мы воспринимаем, является вычисляемым состоянием системы.

– То есть… – я замялся. – Люди внутри симуляции будут «настоящими»?

Она внимательно посмотрела на меня.

– Настоящими в рамках модели. Их поведение, решения, реакции будут следствием заданных параметров и вычислений. Но субъективно для наблюдателя – это будет полноценная реальность.

Она подошла к шлему и осторожно коснулась его.

– В обычных системах виртуальной реальности мир передаётся через органы чувств – экран, звук, перчатки, костюмы обратной связи. При квантовой симуляции компьютер генерирует трёхмерную среду, с которой пользователь взаимодействует через моделируемые зрительные, слуховые, тактильные и другие ощущения.

Она подняла шлем.

– В нашем случае используется неинвазивный дуплексный нейроинтерфейс. Он основан на прямом обмене электромагнитными волнами с головным мозгом. Мы не внедряемся хирургически. Не подключаем электроды. Воздействие внешнее – но точное.

Она подошла ближе и протянула мне шлем.

– Интерфейс считывает нейронную активность и одновременно формирует ответные сигналы, в результате чего создаётся полное погружение в моделируемую социальную среду.

Я машинально взял устройство. Оно оказалось легче, чем я ожидал.

– То есть я буду видеть, слышать, чувствовать… как будто нахожусь внутри?

– Именно так. Это не наблюдение со стороны. Это участие.

Я сглотнул.

– А это не опасно?

Лена задержала взгляд на моём лице.

– Не более, чем осознанное сновидение, – спокойно сказала она. – Мозг получает сигналы, но физиологически остаётся в безопасном состоянии. Мы постоянно контролируем параметры.

– А выйти можно самостоятельно?

– Конечно. Голосовая команда: «Тургор, конец симуляции». Интерфейс мгновенно размыкает канал. Погружение прекращается.

Я медленно выдохнул.

– И всё же… звучит так, будто можно заиграться.

Она чуть наклонила голову.

– Можно. Поэтому мы всегда работаем в паре.

Я поймал её взгляд.

– В паре?

– Один внутри, другой снаружи. Контроль параметров, мониторинг состояния, анализ данных.

Она на секунду замолчала.

– Впрочем, чаще мы погружаемся вместе.

Внутри меня что-то тихо дрогнуло.

– Вместе?

– Да, – спокойно ответила она. – Так эффективнее.

Между нами повисла короткая пауза.

– А попробовать можно? – не выдержал я. – Хотя бы тестовый режим?

Она рассмеялась – мягко, чуть дразняще.

– Какой вы быстрый, Максим. Куда вы собрались погружаться, если мы ещё не создали ни одной модели?

Я смутился.

– Точно. Забыл, что «игры» для вашего компьютера мы разрабатываем сами.

– Не «вашего», – поправила она. – Нашего.

Это слово прозвучало негромко, но отчётливо.

Я посмотрел на неё.

– Тогда я готов приступить.

Она изучающе посмотрела на меня – будто оценивая не интеллект, а решимость.

– Отлично. С завтрашнего дня начнём создавать первую модель. Сначала параметры общества. Структура. Базовые ценности. Механизмы управления.

Она подошла к панели управления и выключила основной экран. Свет в лаборатории стал мягче.

– Сегодня – достаточно теории. Гуманитарный мозг должен переварить суперпозицию.

– Он уже в состоянии запутанности, – пробормотал я.

Она тихо засмеялась.

– Ничего. Разберёмся.

– Тогда до завтра, напарник?