Programming the Universe: A Quantum Computer Scientist Takes on THE COSMOS เขียนโดยโปรเฟซเซอร์ Seth Lloyd หนึ่งในผู้บุกเบิก Quantum computing เล่มนี้ Lloyd ตีความเอกภพว่าเป็นควอนตัมคอมพิวเตอร์ที่คำนวณตัวมันเอง พยายามแสดงให้เห็นการรีจีสต์บิตของอนุภาค ความสามารถเชิงประมวลผลลอจิกของมัน ในบทเกือบสุดท้าย The Universal Computer โปรเฟสเซอร์ Lloyd คำนวณโดยใช้ทฤษฎี Margolus-Levitin เพื่อหาอัตราการประมวลผลข้อมูลของเอกภพที่ความกว้าง horizon 42 พันล้านปีแสง โดยประมาณว่าโดยเฉลี่ยทุก ๆ หนึ่งลูกบาศก์เมตรเอกภพมีไฮโดรเจนอะตอมหนึ่งอะตอม แล้วใช้ความสัมพันธ์ E = mc^2 ประมาณพลังงานที่เอกภพนี้มีออกมาว่า 10^71จูลส์ เมื่อนำไปคูณ 4 และหารด้วยค่าคงที่ของพลังค์ ตามทฤษฎีของ Margolus-Levitin บอกว่าทุก ๆ 1 วินาที คอมพิวเตอร์ที่มีพลังงานขนาดนี้นะจะประมวลผลได้ 10^105 ops ดังนั้นตลอด 14 พันล้านปีมานี้มันคำนวณไปแล้ว 10^122 ops
หนังสือเล่มนี้ตีความทฤษฎีควอนตัม มองในมุม information น่าตื่นตาตื่นใจฮะ ทั้งการทดลองสลิตคู่ แมวของชเรอดิงเงอร์ ฯลฯ ขอยกตัวอย่างหนึ่ง เรื่องตีความ entropy และอธิบาย Maxwell's demon ซึ่งเป็นแนวคิดลด entropy ของระบบด้วยสิ่งมีชีวิตอัจฉริยะขนาดจิ๋ว (demon) ในแบบของ logic operation
Maxwell's demon (เป็น intelligent being) เป็นจินตนาการอันยอดเยี่ยมของ Maxwell ที่จะลด entropy ของระบบอะตอมของแก๊ส ซึ่งหมายถึงความเป็นไปได้ที่จะแหกกฎข้อ 2 ของเทอร์โมไดนามิกส์ ไอเดียคือเราต้องมีอะไรสักตัวที่สามารถรู้ information ของพฤติกรรมอะตอมในระดับ microscopic อะไรสักตัวในที่นี้ของ Maxwell ก็คือ demon และ information ที่ demon รู้ก็จะทำให้มันสามารถควบคุมกลไก (ในตัวอย่างนี้คือประตู) เพื่อทำให้ความร้อนถ่ายเทจากที่อุณหภูมิต่ำกว่าไปสู่ที่อุณหภูมิสูงกว่าได้ ก็ดูเหมือนจะแหกกฎข้อ 2 ของเทอร์โมไดนามิกส์
สมมติว่ามีถังบรรจุแก๊สฮีเลียมซึ่งถูกแบ่งออกเป็นสองห้อง และมีประตูเล็ก ๆ (ใหญ่พอให้อะตอมของฮีเลียมผ่านได้) กั้นระหว่างห้อง มี demon ยืนเฝ้าอยู่ที่ประตู มันมองเห็นและรับรู้ทะลุกำแพงห้องได้นะ หน้าที่ของมันคือสอดส่องดูแล และเปิดประตูเมื่อไรก็ตามที่อะตอมจากฝั่งเย็นมาถึงประตูด้วยการสั่นที่เร็วกว่า (แปลว่ามันร้อนกว่า) อะตอมที่มาถึงประตูจากฝั่งร้อน ทุกครั้งที่ demon เปิดประตู อะตอมที่ร้อนกว่าจะเข้าไปยังฝั่งร้อน และอะตอมที่เย็นกว่าไปยังฝั่งเย็น ยิ่ง demon เลือกอะตอมที่สั่นเร็วไปฝั่งร้อน และเอื่อยเฉื่อยไปฝั่งเย็น ก็ยิ่งทำให้ฝั่งร้อนยิ่งร้อน และฝั่งเย็นยิ่งเย็น ประหนึ่ง demon ช่วยทำให้ความร้อนถ่ายเทจากฝั่งที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าไปสู่ฝั่งที่มีอุหณภูมิสูงกว่า และเสมือนทำลายกฎเกณฑ์ทางฟิสิกส์
demon ของ Maxwell ถือกำเนิดปี 1867 พอถึงปี 1960 Rolf Landauer ผู้บุกเบิก physics of information ค้นพบว่า 'กระบวนการใดก็ตามที่ลบบิทที่หนึ่ง จะต้องถ่ายโอน information จำนวนเท่ากันไปยังที่อื่น' หลักการอันนี้เรียก Landauer's principle ซึ่งทั้ง Maxwell, Boltzmann และ Gibbs ต่างก็รู้กันมานานแล้วว่า entropy เป็นรูปแบบหนึ่งของ information หากพูดกันตามสำนวนของโปรเฟสเซอร์ Lloyd 'เอ็นโทรปี้คือการวัดจำนวนของบิทของ unavailable information ที่บันทึกโดยอะตอมและโมเลกุลที่สร้างโลก' และ 'ธรรมชาติไม่ทำลายบิท' และ 'Maxwell, Boltzman, Gibbs และ Planck ค้นพบว่าเอ็นโทรปี้แปรตามจำนวนของบิทของข้อมูลที่บันทึกโดยการเคลื่อนที่ระดับจุลภาคของอะตอม' ฉะนั้นจากหลักของ Landauer ระบบที่มี demon ของ Maxwell เอ็นโทรปี้ที่ลดลงจะต้องถูกถ่ายโอนไปให้ใครสักคน ทำให้คน ๆ นั้นมีเอ็นโทรปี้เพิ่มขึ้น ใช่ใครที่ไหน demon เองนั่นแหละครับ
เราอาจจำลองด้วยระบบอย่างง่ายที่มี 2 บิท บิทแรกตั้งต้นด้วย 0 บิทที่สองอาจเป็น 0 หรือ 1 ก็ได้ เช่นนี้เรากล่าวว่าบิทแรกไม่มีเอ็นโทรปี้ ส่วนบิทที่สองมีเอ็นโทรปี้ 1 บิท จากนั้นมีตัวดำเนินการ controlled-NOT การดำเนินการคือ หากทั้งสองบิทมีความสัมพันธ์กัน บิทหนึ่งเป็นตัวถูกดำเนินการ อีกบิทเป็นบิทควบคุม (control bit) บิทที่ถูกดำเนินการจะ inverse ก็ต่อเมื่อบิทควบคุมเป็น 1 เท่านั้น คราวนี้เราให้บิทแรกแทน demon และบิทที่สองแทนอะตอมของแก๊ส อะตอมของแก๊สมีเอ็นโทรปี้ 1 ใช่มั้ยครับ แต่ demon ไม่มี ขั้นแรก demon ต้องรู้ information ของแก๊ส เราใช้ตัวนำเนินการ controlled-NOT กับ demon โดยมีแก๊สเป็นบิทควบคุม ผลลัพธ์ที่ได้คือ ถ้าไม่เป็น 0-0 ก็ต้องเป็น 1-1 (เกิดการแพร่เชื้อของความไม่รู้ กำหนดให้บิทแรกเป็น demon นะครับ) นั่นคือหลังจากผ่านตัวดำเนินการ controlled-NOT แล้ว demon จะมีบิทเหมือนแก๊ส (มันจับตาดูอะตอมแก๊ส) ขั้นต่อมา (มันจะเปิดประตูล่ะทีนี้) ทำให้ demon ลด entropy ของแก๊ส โดยการใช้ตัวดำเนินการ controlled-NOT กับแก๊สโดยมี demon เป็นบิทควบคุม เนื่องจากขณะนี้ทั้งคู่ถือครองข้อมูลเดียวกัน ดังนั้นบิทของแก๊สจะกลายเป็น 0 (ถ้า demon 1 แก๊ส flip, ถ้า demon 0 แก๊สก็ 0 เหมือนเดิม) สำเร็จเสร็จสิ้นพิธี เอ็นโทรปี้ของแก๊สลดลง เรารู้ว่าปลายกระบวนแก๊สเป็น 0 จากเดิมไม่รู้ แต่เอ็นโทรปี้ของ demon เพิ่มขึ้น จึงกล่าวได้ว่า demon มิได้แหกกฎฟิสิกส์แต่ประการใด
จะว่าไปหนังสือเล่มนี้ถูกวิจารณ์ค่อนข้างแรงใน amazon มีทั้งคนรักและคนชัง คนจับผิดก็มี เรารัก เรื่องสไตล์การเขียน ผู้เขียนเขียนแบบอธิบายตั้งแต่ก้าวแรก คุณไม่จำเป็นต้องรู้จัก qubit หรือกลศาสตร์ควอนตัม หรือแม้แต่บิตคืออะไรก่อนอ่าน ก็สามารถอ่านเข้าใจและเพลิดเพลิน ลีลาภาษาไม่น่าเบื่อ