Известно высказывание Фейнмана, вошедшее в фольклор, о том, что квантовую механику никто не понимает. Или вболее сильной версии: квантовую механику невозможно понять, к ней можно только привыкнуть.
Но если мы хотим двинуться за пределы квантовой механики и придумать более общую теорию, то нам придётся для этого сначала понять квантовую механику.
Поможет ли квантовый компьютер понять квантовую механику?
Сначала нужно разобраться, в каком смысле мы "не понимаем" квантовую механику; для этого рассмотрим две аналогии из математики: дельта-функцию Дирака и математический анализ. В обоих этих случаях сначала не было "понимания", а потом оно было достигнуто.
Дельта-функция была введена Дираком около 1930 г. в основном для квантовомеханических применений; но и в других областях физики она показала свою незаменимость. (Кстати, ещё за 50 лет до Дирака нечто похожее использовал Кирхгоф для доказательства одной теоремы.) Но дельта-функция не похожа на обычные функции, и для правильного обращения с ней нужно было обращаться к физической интуиции; иначе говоря, для использования дельта-функции требовался некоторый "навык". И хотя учёным, использовавшим дельта-функцию, было интуитивно ясно, что с ней "всё в порядке" (т. е. её использование, при некотором умении, не приведёт к неправильным результатам), были и такие, которые "не признавали" дельта-функцию. Фон Нейман в своей знаменитой книге излагает квантовую механику, старательно обходя дельта-функцию, хотя за это ему пришлось заплатить большой громоздкостью. Такая ситуация, когда одни признают, а другие не признают, говорит о том, что "понимания" нет, есть только "привыкание" у одних, а другие не хотят (или не могут) привыкнуть. Понимание появилось в 1960-х гг. с появлением теории обобщённых функций, и стало ясно, что дельта-функцию можно интерпретировать как "линейный непрерывный функционал" специального вида. Теперь, если студент скажет: "Я не понимаю, почему с дельта-функцией нужно обращаться так-то и так-то, а вот так нельзя", - то преподаватель может объяснить, что эти правила обращения с дельта-функцией вытекают из свойств функционалов, и показать, как именно вытекают. И студенту всё станет понятно.
Почему же так важно для понимания, что дельта-функция сводится к линейному функционалу? Видимо, потому, что тем самым наводится мостик между дельта-функцией и всем остальным математическим знанием. Так что мы, наконец, поняли, что значит "понять" дельта-функцию, или квантовую механику, или какую-то ещё теоретическую конструкцию, - это значит соединить её логическими связями со всем остальным багажом знаний человечества. Причём этот логический мостик не обязательно должен быть единственно возможным (как мы увидим на примере матанализа), главное, чтобы он был вполне определённым и недвусмысленным.
В чём же прелесть такого "понимания"? Во-первых, даже если человеку и так интуитивно ясно, как обращаться с данными вещами, он сможет подкрепить (проверить, дополнить) свою интуицию логическими соображениями. Во-вторых, это обеспечит то, что два человека, обсуждая данный предмет, действительно будут говорить об одном и том же. И, в третьих, это рассеет сомнения в том, что данная теоретическая концепция действительно свободна от противоречий, что с ней "всё в порядке". (Тут ещё пример: в геометрию Лобачевского все "поверили" только тогда, когда Клейн предложил модель этой геометрии, реализованную на обычной евклидовой плоскости.)
Другой пример - это обоснование математического анализа (дифференциального и интегрального исчисления). Когда матанализ был разработан (где-то около 1700 г.), он опирался в основном на интуитивные и физические соображения. Ранние попытки обоснования, или интерпретации, анализа были не особенно успешны. Я думаю, среди них можно найти и аналоги копенгагенской интерпретации, и интерпретации со скрытыми параметрами. Так как основания были слабы, то возникала и критика, и сомнения в правильности анализа, в частности знаменитая критика Беркли. Сторонники матанализа не ответили по существу на критику, но вместо этого так развили анализ, что критика сама собой отпала. (Снова "практика - критерий истины".) И только в XIX веке Коши "арифметизировал" анализ на основе понятия предела последовательности. И, наконец, в 1960-е годы выяснилось, что существует "альтернативная" интерпретация матанализа - так называемый "нестандартный анализ", опирающийся не на понятие сходящейся числовой последовательности, а на так называемые гипердействительные числа. Конечно, "стандартный" и "нестандартный" анализ эквивалентны, но этот пример показывает, что одну и ту же теорию (в данном случае матанализ) можно "понять" двумя разными способами, ни один из которых не хуже другого.
Мы рассмотрели, как возникает "понимание", на двух примерах. Стимулировалость ли в этих примерах возникновение "понимания" какой-нибудь ошеломляющей прикладной идеей? Вроде бы нет, "понимание" возникло в результате внутреннего развития теорий. Так что, скорее всего, влияние квантового компьютера на развитие "понимания" квантовой механики сведётся только к пробуждению интереса к проблеме, к вытаскиванию физиков из их "скорлупок". Хотя можно себе представить и что непосредственно исследования в области квантового компьютера приведут к "пониманию" квантовой механики. Например, возможен такой сценарий. Квантовый компьютер с большим числом кубитов представляет собой промежуточный случай между микрообъектами и макрообъектами, но его нужно описывать на квантовом языке, т. е. как микрообъект. Таким образом, теория квантового компьютера будет требовать описания больших систем на "микроязыке". Отсюда один шаг до описания макроскопических объектов (в том числе и измерительных приборов) на микроскопическом языке, и далее - полностью микроскопическому описанию процесса измерения. (В настоящее время процесс измерения описывается на каком-то не совсем внятном "смешанном" языке.) А это уже прямо повлияет на "понимание", - ведь измерение - это самая "непонятная" вещь в квантовой механике!