59、宇宙作为量子计算：从理论到量子引力应用

宇宙作为量子计算：从理论到量子引力应用

宇宙作为计算的设想

将宇宙视为一场宏大计算，这是通用图灵机存在的一个直接推论。物理定律允许存在一种通用图灵机，其可能的运动对应着所有可能物理对象的所有可能运动。这意味着通用量子计算机能够模拟每一个物理实体及其行为，物理学与在通用量子计算机上运行的所有程序的研究是同构的，我们可以把宇宙看作是运行在通用计算机上的软件。

在细胞自动机和量子信息理论领域，这种观点得到了具体阐述。1969 年，康拉德·祖泽在《计算空间》中提出，宇宙的物理定律本质上是离散的，整个宇宙是巨型细胞自动机上确定性计算的输出。细胞自动机是规则的细胞网格，每个细胞处于有限状态之一，通常为黑或白。其初始状态在全局离散时间步中更新，每个细胞的新状态取决于其旧状态和少数邻居的状态。康威生命游戏就是一个具体例子，规则简单：若一个细胞有 2 个黑色邻居，它保持不变；若有 3 个黑色邻居，它变为黑色；否则变为白色。该游戏会产生介于随机性和有序性之间的丰富行为，还会出现像独立实体一样移动的“滑翔机”。我们可以将自动机设置为让滑翔机相互作用以执行计算，并且可以证明生命游戏是通用图灵机。这引发了我们生活在巨型细胞自动机中的可能性，我们所认为的基本粒子可能只是涌现出的滑翔机。

量子信息理论为“宇宙即计算”的观点带来了新视角。该领域许多从业者认为一切本质上都是信息，这一观点至少可追溯到惠勒的“万物源自比特”。在这种观点下，宇宙中物理系统之间的所有相互作用都是信息处理的实例，信息比物理系统本身更基本。正如劳埃德所说，宇宙“计算自身的动态演化，随着计算的进行，现实逐渐展开”。

然而，这些观点存在明显问题：
1. 信息比其物理实例更基本意味着什么？
2. 我们无法知