هوش مصنوعی راهکاری احتمالی برای بررسی برهم نهی کوانتومی
آیا ناظر در مکانیک کوانتوم باید انسان باشد؟
در مکانیک کوانتوم، اجسام میتوانند همزمان در چند وضعیت مختلف (برهمنهی) قرار داشته باشند. برهمنهی تنها زمانی متلاشی میشود که یک ناظر آن را مشاهده یا اندازهگیری کند. اما آیا ناظر حتماً باید انسان باشد؟
یوجین ویگنر، فیزیکدان مجارستانی، در سال ۱۹۶۱ آزمایشی فکری طراحی کرد تا این پرسش را بررسی کند. در این آزمایش، دوست ویگنر در یک آزمایشگاه ایزوله، یک سیستم کوانتومی را مشاهده میکند که در برهمنهی دو وضعیت است: یکی باعث درخشش نور میشود و دیگری نمیشود. ویگنر بیرون از آزمایشگاه، کل سیستم را به عنوان یک برهمنهی از وضعیتها میبیند.
این آزمایش پارادوکسی ایجاد کرد: اگر دوست ویگنر نتیجهی واقعی (درخشش یا عدم درخشش) را ببیند، ولی ویگنر باید کل آزمایشگاه را در برهمنهی در نظر بگیرد. تا زمان فروپاشی، وضعیت دوست ویگنر مانند گربهی شرودینگر است که همزمان میتواند مرده یا زنده باشد.
در دهههای اخیر، فیزیکدانها سعی کردهاند نسخههای محدودی از این آزمایش را با جایگزینی فوتونها به جای انسانها انجام دهند. این آزمایشها نشان دادهاند که هنوز به درک کاملی از نقش ناظر در مکانیک کوانتوم نرسیدهایم و شاید در سالهای آینده فناوریهای پیشرفتهتری برای حل این مسئله فراهم شود.
اهمیت ناظر در مکانیک کوانتوم و پارادوکس ویگنر
درک اولیه از «مشاهده» در مکانیک کوانتوم به معنای برهمکنش با محیط یا تعامل سیستم بیرونی با سیستم مشاهدهشده است. حتی یک برهمکنش ساده برای یک فوتون میتواند آن را در برهمنهی وضعیتها قرار دهد، به این معنا که فوتون اطلاعاتی دربارهی سیستم مشاهدهشده حمل میکند.
آزمایشها نشان دادهاند که پارادوکس ویگنر واقعی است و فیزیکدانان باید باورهای خود دربارهی واقعیت عینی را به چالش بکشند. با این حال، فوتونهای واحد در مقایسه با انتظار ناظران انسانی کمتر قابل اعتماد هستند.
برای فهم بهتر ایدهی ویگنر، دانشمندان ناظری را تصور کردند که به دوست فرضی نزدیکتر باشد. هوارد ام. وایزمن و همکارانش از دانشگاه گریفیت در استرالیا، هوش مصنوعیای را تصور کردند که مانند انسانها فکر کند و بتوان آن را در یک کامپیوتر کوانتومی تعبیه کرد.
این هوش مصنوعی، با استفاده از محاسبات مکانیک کوانتومی، میتواند در برهمنهی از افکار مختلف قرار گیرد، مانند «من یک درخشش دیدم» و «من درخششی نمیبینم». هرچند چنین هوش مصنوعی هنوز وجود ندارد، اما دانشمندان معتقدند که میتواند روزی ساخته شود. فکر کردن به این نوع ناظر میتواند به درک بهتر از عناصر واقعیت عینی کمک کند و شاید پارادوکس ویگنر را حل کند.
رناتو رنر از ETH زوریخ میگوید: “واضح است که نمیتوانیم آزمایش ویگنر را با انسانهای واقعی انجام دهیم. از سوی دیگر، آزمایش با فوتونهای منفرد نتیجه قانعکنندهای ندارد. وایزمن و گروهش تلاش کردند حد وسط را پیدا کنند و به عقیدهی من کارشان عالی بود.”
ممکن است هوش مصنوعی هرگز جایگزین مشاهدات انسانی نشود، اما اگر بتوانیم چنین هوشی را بسازیم، میتواند نشان دهد که چه کسی یا چه چیزی ناظر است و آیا مشاهده باعث فروپاشی برهمنهی میشود. این میتواند به این نتیجه منجر شود که خروجیهای اندازهگیری برای ناظران مستقل نسبی هستند و هیچ واقعیت مطلقی وجود ندارد.
آزمایش دوست هوش مصنوعی ویگنر و اصول بنیادی واقعیت
آزمایش پیشنهادی دوست هوش مصنوعی ویگنر، بهعنوان راهی برای بررسی اصول بنیادی واقعیت، توسط وایزمن و همکارانش ارائه شد. این طرح با مجموعهای از فرضیههای محتمل درباره واقعیت فیزیکی آغاز میشود.
اولین فرضیه این است که ما برای انتخاب تنظیمات دستگاههای اندازهگیری آزادی داریم. دوم، فیزیک محلی است، به این معنا که دخالت در یک بخش از فضازمان نمیتواند بر بخش دیگری تأثیر بگذارد. سوم، رویدادهای مشاهدهشده مطلق هستند؛ به این معنی که نتیجه یک اندازهگیری برای تمام ناظران انسانی واقعی است، حتی اگر برای همه قابل شناخت نباشد. به عبارت دیگر، اگر یک سکه کوانتومی را پرتاب کنید و نتیجه شیر باشد، این حقیقت برای همه ناظران انسانی یکسان است و سکه نمیتواند برای ناظر دیگری نتیجه دیگری داشته باشد.
برخلاف انسان، هوش مصنوعی را میتوان در وضعیت برهمنهی قرار داد. ویگنر معتقد بود باید به شیوهای متفاوت با خودآگاهی برخورد کرد و از ما میخواهد اتم را بهعنوان «دوست» در نظر بگیریم. وقتی اتم با ذرهای برهمکنش دارد، سیستم وارد برهمنهی دو وضعیت میشود و تنها با بررسی ویگنر، اتم وارد یکی از دو وضعیت میشود. اگر موجودیت انسانی باشد، چشمانداز ویگنر از خارج آزمایشگاه و دوستش از داخل آزمایشگاه پارادوکس دارند. مکانیک کوانتوم به نقش متفاوت خودآگاهی در مقابل دستگاه اندازهگیری بیجان اشاره دارد.
وایزمن، کاوالکانتی و ریفل با فرضیهی «دوستی» تحلیل کردند که اگر هوش مصنوعی تواناییهای انسانمانند داشته باشد، افکار آن به اندازهی ناظر انسانی واقعی خواهد بود. کاوالکانتی استدلال کرد که هوش مفهومی قابل کمیتسنجی است و آزمایشی برای تعیین خودآگاهی در انسان یا کامپیوتر وجود ندارد. اگر هوش مصنوعی همسطح انسان ساخته شود، مشخص نیست که خودآگاهی دارد یا خیر، اما نمیتوان هوش را نادیده گرفت.
پژوهشگرها نشان دادند که آزمایش دوست ویگنر با هوش مصنوعی کوانتومی به پارادوکس منجر میشود و یکی از فرضیهها باید اشتباه باشد. این فرضیه را میتوان تنها در صورتی آزمایش کرد که نوعی هوش مصنوعی کوانتومی ساخته شود. این هوش مصنوعی در کامپیوتر کوانتومی با کیوبیتهایی که میتوانند در برهمنهی دو مقدار باشند، کار میکند. خروجی کامپیوترهای کوانتومی میتواند به برهمنهی دو وضعیت منجر شود.
پژوهشگرها هوش مصنوعی قدرتمندی به نام QUALL-E را مطرح کردند که میتواند در کامپیوتر کوانتومی پیادهسازی شود. تبدیل الگوریتم هوش مصنوعی کلاسیک به الگوریتم کوانتومی شامل مراحل مختلفی است و نیاز به کیوبیتهای منطقی و تصحیح خطای کوانتومی دارد. برآوردهای اولیه نشان میدهد QUALL-E به بیش از ۵۰۰ سال زمان نیاز دارد تا به هوش انسان برسد، اما پژوهشگران خوشبین هستند که در آینده چنین هدفی دستیافتنی باشد.
در آزمایش فرضی QUALL-E، این هوش مصنوعی نقش چارلی را ایفا میکند که بین دو ناظر انسانی به نامهای آلیس و باب در یک آزمایش از نوع ویگنر قرار دارد. نتایج اندازهگیریها بررسی میشوند تا مشخص شود که آیا ناظرهای مختلف چیزهای متفاوتی میبینند یا خیر. در انتهای آزمایشها، آلیس و باب نتایج خود را مقایسه میکنند.
پژوهشگرها نتیجه گرفتند که نابرابریها نقض میشوند، یعنی فرضیههای واقعیت فیزیکی نمیتوانند همزمان حفظ شوند و حداقل یکی از آنها باید اشتباه باشد. برخی فیزیکدانها ممکن است فرضیهی دوستی را کنار بگذارند، در حالی که دیگران ایدههای متفاوتی را بررسی میکنند. بهطور کلی، آزمایش دوست ویگنر پیامدهای بزرگی برای فهم ما از واقعیت کوانتومی خواهد داشت، حتی اگر هوش مصنوعی و توان رایانشی مورد نیاز هنوز دور از دسترس باشد.
دیدگاهتان را بنویسید
می خواهید در گفت و گو شرکت کنید؟خیالتان راحت باشد :)