Квантовая симуляция будущего

Мы пошли вперёд. Сотрудники, встречавшиеся по пути, здоровались и с любопытством смотрели на меня. В их взглядах не было холодной оценки — скорее живой интерес. Я чувствовал себя экспонатом в музее будущего. В конце коридора Софья вновь приложила ладонь к двери.

— Входите, — торжественно объявил Тургор.

Дверь бесшумно растворилась.

Комната оказалась полной противоположностью стерильным переходам. Тёплый свет, мягкие тени, густая зелень карликовых пальм в керамических вазонах. В центре — небольшой бассейн с декоративным фонтаном. Вода тихо журчала, а яркие рыбки мелькали золотыми вспышками. В глубоких креслах сидели четверо: трое мужчин и девушка. Когда мы вошли, все поднялись.

И в этот момент я увидел её. Не красота в привычном глянцевом смысле — не нарочитая и не театральная. Скорее — ясность. Чистый, внимательный взгляд. В её лице было что-то собранное и в то же время живое — будто внутри постоянно работал быстрый, точный механизм.

Софья представила присутствующих:

— Это основатели нашего научного общества — Аркадий, Дмитрий и Евгений. А Лена будет вашим напарником. Максима заочно вы уже знаете. И сразу предупрежу: у нас не принято обращаться друг к другу по отчеству. Мы здесь живём как одна большая семья.

— Рада познакомиться, Максим, — сказала Лена и протянула руку.

Я пожал её ладонь — тёплую, уверенную. Она смотрела прямо в глаза — без смущения и кокетства, с настоящим исследовательским интересом. От этого мне стало неожиданно неловко. Будто она уже что-то во мне анализировала.

— Поздравляю, — произнёс Аркадий, пожимая мне руку. — Вы первый сотрудник, который будет участвовать в наших экспериментах без соответствующего диплома.

— Но зачем-то же вы меня выбрали, — с усмешкой заметил я.

— Мы прочитали ваш социально-фантастический роман «Трактат о счастье», — сказал Дмитрий. — И решили, что вы будете полезнее дипломированного социолога.

— Мечтаем увидеть будущее России вашими глазами, — добавил Евгений.

Я почувствовал, как внутри что-то дрогнуло. Там, наверху, мой роман называли сказкой для детей. Здесь — поводом для приглашения.

Лена всё ещё смотрела на меня. — Значит, это вы написали «Трактат»? — спросила она негромко.

— Виновен, — ответил я.

В её глазах мелькнула едва заметная улыбка — не ироничная и не скептическая. Скорее — заинтересованная.

Софья, заметив обмен взглядами, мягко сказала:

— Я покину вас ненадолго. Познакомьтесь, пообщайтесь. И вышла.

Я опустился в кресло. Оно мягко приняло форму тела, словно подстраиваясь. Вода в фонтане продолжала тихо журчать. В комнате было удивительно спокойно — как в оазисе посреди бетонного лабиринта.

Аркадий наклонился вперёд: — Вы уже знаете, чем будете заниматься?

— Участвовать в социальных экспериментах с квантовой симуляцией моделируемых обществ, — ответил я. — Если честно, до сих пор не верится, что ваша машина обладает такой мощностью.

— Наш квантовый компьютер на пятьсот миллионов кубитов справляется с этим без особого напряжения, — спокойно сказал Аркадий. — Елена — математик-программист. Она создаёт социальные модели и поможет материализовать ваши идеи.

— Материализовать? — переспросил я.

— В симуляции, — уточнила Лена.

Наши взгляды снова встретились. И на этот раз я первым отвёл глаза.

— Проверить результаты вашего совместного творчества позволит погружение в квантовую симуляцию моделируемых обществ, — продолжил Аркадий.

— Погружение? — переспросил я.

— Об этом позже, — загадочно ответила Лена. 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 проводит в трапезную. 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.

— Процесс моделирования ускорен. 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 способности 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 повреждениях 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 быстро делиться, 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 уловил тонкий аромат её волос — не духи, а просто запах чистоты. И неожиданно поймал себя на том, что иду медленнее, чем нужно.

Мне показали ещё несколько лабораторий и познакомили с проводившимися в них исследованиями. Экскурсия завершилась в помещении с двумя массивными креслами пилотного типа возле 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, — пошутил я.

— 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, и мы остались вдвоём.

Я опустился в кресло, с опаской поглядывая на покоящийся 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, а 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 нечто большее, 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 хватило, чтобы я почувствовал странное тепло, пробежавшее по спине.

И впервые за долгое время я 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» отозвалось в голове 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 мгновение 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? — я поднял 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 о нём 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. 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 в воздухе, словно раскладывая невидимые карточки.

— Такой подход прекрасно работает для множества вычислений. Но есть класс задач, перед которыми даже суперкомпьютеры оказываются бессильны.

— Например? — поинтересовался я.

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

Она повернулась к одному из мониторов, и на экране вспыхнули ряды цифр.

— 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 взглянула на меня.

— Ни один классический компьютер не сможет перебрать 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 полный перебор становится недостижимым.

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 необходимо 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 промелькнуло 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. Нужны 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 воодушевлённым.

— Для классического компьютера 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 ноль, либо единицу. В каждый момент времени он находится только в одном из этих состояний.

Она слегка коснулась пальцем поверхности стола, словно ставя точку.

— Квантовый компьютер использует кубиты — квантовые объекты. И здесь начинается принципиальное отличие. До момента измерения кубит находится в состоянии суперпозиции — то есть одновременно является и нулём, и единицей.

— Одновременно? — переспросил я.

— Да. И 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 — в ноль или единицу. 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 классический регистр — цепочку последовательно соединённых транзисторов. В каждый момент времени он находится в одном конкретном состоянии. Чтобы перебирать все возможные варианты, нужно пройти их последовательно — или параллельно, но всё равно по отдельности.

Она подняла взгляд.

— Квантовый регистр — это группа кубитов в состоянии квантовой запутанности. И вот тут самое важное: подобная система одновременно находится во всех возможных состояниях.

— Во всех сразу? — удивился я.

— Во всех сразу, — повторила она тихо. — Именно поэтому квантовый алгоритм может обрабатывать огромное пространство решений как единую структуру.

Её голос стал чуть мягче.

— Однако есть нюанс. Когда мы производим измерение, система «схлопывается» в одно определённое 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 и окажется искомым.

Я улыбнулся.

— Это 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 способны выполнять миллионы повторных измерений практически мгновенно. Поэтому вероятность получения правильного результата стремится к единице.

Она наклонилась ближе, и её голос стал почти шёпотом:

— Суть квантового компьютера в том, что некоторые задачи он решает принципиально быстрее любого классического. Для этого алгоритм должен уметь создавать и применять 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 — вне зависимости 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 определённое 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 это происходит в классическом случае. Мы можем миллионы раз запускать алгоритм и усреднять результат — и всё это займёт доли секунды.

Она посмотрела на меня с лёгкой улыбкой.

— И вот это свойство — практически постоянное 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 сменила тон.

— Что касается устройства самого квантового компьютера… — она слегка пожала плечами. — В этом я, признаться, разбираюсь не слишком 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 вполне достаточно. В конце концов, люди ведь пользуются смартфонами, не представляя, как устроена их начинка.