Технологические пределы вычислений

На нынешнем уровне технологического развития у нас нет ни достаточно эффективного мощного оборудования, ни соответствующего программного обеспечения, чтобы создавать сознательные умы на компьютере. Однако были выдвинуты серьёзные аргументы в пользу того, что если технологический прогресс будет продолжаться без остановок, то тогда эти ограничения будут в конечном счёте преодолены[116]. Некоторые авторы утверждают, что эта фаза наступит всего через несколько десятилетий. Однако для целей нашей дискуссии не требуется никаких предположений о временной шкале. Доказательство симуляции работает столь же хорошо и для тех, кто полагает, что потребуются сотни тысяч лет, чтобы достичь «постчеловеческой» фазы развития, когда человечество обретёт большую часть тех технологических способностей, которые, как сейчас можно показать, согласуются с физическими законами и с материальными и энергетическими ограничениями.

Эта зрелая фаза технологического развития сделает возможным превращать планеты и другие астрономические ресурсы в компьютеры колоссальной силы. В настоящий момент трудно быть уверенным относительно каких-либо предельных границ компьютерной мощности, которая будет доступна постчеловеческим цивилизациям. Поскольку у нас до сих пор нет «теории всего», мы не можем исключить возможности того, что новые физические феномены, запрещённые современными физическими теориями, могут быть использованы для преодоления ограничений[117], которые, согласно нашему нынешнему представлению, накладывают теоретические пределы на обработку информации внутри данного куска материи. С гораздо большей степенью надёжности мы можем установить нижние границы постчеловеческих вычислений, предполагаю реализацию только тех механизмов, которые уже понятны. Например, Эрик Дрекслер дал набросок устройства системы, размером с кубик сахара (за исключением системы охлаждения и питания), которая могла бы выполнять 10²¹ операций в секунду[118]. Другой автор дал грубую оценку в 10⁴² операций в секунду для компьютера размером с планету[119]. (Если мы научимся создавать квантовые компьютеры, или научимся строить компьютеры из ядерной материи или плазмы, мы сможем приблизиться ещё ближе к теоретическим пределам. Сет Ллойд вычислил верхний предел для компьютера весом в 1 кг в 5*10⁵⁰ логических операций в секунду, выполняемых над 10³¹ бит[120]. Однако, для наших целей достаточно использовать более консервативные оценки, которые подразумевают только известные сейчас принципы работы.)

Количество компьютерной мощности, необходимое для того, чтобы эмулировать человеческий мозг, поддаётся точно такой же грубой оценке. Одна оценка, основанная на том, насколько затратно в вычислительном смысле было бы скопировать функционирование кусочка нервной ткани, который мы уже поняли и чья функциональность была уже скопирована в кремнии (а именно, была скопирована система усиления контрастности в сетчатке глаза), даёт оценку в примерно 10¹⁴ операций в секунду[121]. Альтернативная оценка, основанная на числе синапсов в мозге и частоте их срабатывания, даёт величину в 10¹⁶ -10¹⁷ операций в секунду[122]. Соответственно, и даже ещё больше вычислительных мощностей может потребоваться, если бы нам захотелось симулировать в деталях внутреннюю работу синапсов и ветвей дендритов. Однако, весьма вероятно, что центральная нервная система человека имеет определённую меру избыточности на микроуровне, чтобы компенсировать ненадёжность и шум своих нейронных компонентов.

Следовательно, можно было бы ожидать значительного прироста эффективности при использовании более надёжных и гибких небиологических процессоров. Память является не более значительным ограничением, чем процессорная мощность[123]. Более того, поскольку максимальный поток сенсорных данных человека имеет порядок в 10⁸ бит в секунду, то симулирование всех сенсорных событий потребовало бы пренебрежимо малой стоимости в сравнении с симулированием кортикальной активности. Таким образом, мы можем использовать процессорную мощность, необходимую для симулирования центральной нервной системы, как оценку общей вычислительной стоимости симуляции человеческого ума. Если окружающая среда входит в симуляцию, это потребует дополнительной компьютерной мощности – количество которой зависит от размеров и подробности симуляции. Симуляция всей вселенной с точностью до квантового уровня, очевидно, невозможна, за исключением того случая, если будет открыта некая новая физика. Но для того, чтобы получить реалистическую симуляцию человеческого опыта, требуется гораздо меньше – только столько, сколько нужно, чтобы убедиться, что симулированные люди, взаимодействующие обычным человеческим образом с симулированной окружающей средой, не заметят никаких различий. Микроскопическая структура внутренних областей Земли может быть легко опущена. Удалённые астрономические объекты могут подвергнуты очень высокому уровню сжатия: точное сходство должно быть только в узком диапазоне свойств, которые мы можем наблюдать с нашей планеты или с космического аппарата внутри Солнечной системы. На поверхности Земли макроскопические объекты в необитаемых местах должны быть непрерывно симулированы, но микроскопические феномены могут заполняться ad hoc, то есть по мере необходимости. То, что вы видите через электронный микроскоп должно выглядеть неподозрительным, но у вас обычно нет никаких способов проверить его согласованность с ненаблюдаемыми частями микромира. Исключения возникают, когда мы нарочно проектируем системы, чтобы запрячь ненаблюдаемые микроскопические феномены, которые действуют в соответствии с известными принципами, чтобы получить результаты, которые мы можем независимым образом проверить. Классическим примером этого является компьютер. Симуляция, таким образом, должна включать в себя непрерывные имитации компьютеров вплоть до уровня индивидуальных логических элементов. Это не представляет проблем, так как наша нынешняя вычислительная мощность является пренебрежимо малой по постчеловеческим стандартам. Более того, посчеловеческий творец симуляции будет иметь достаточно вычислительной мощности, чтобы отслеживать в деталях состояние мыслей во всех человеческих мозгах всё время. Таким образом, когда он обнаружит, что какой-то человек готов сделать некое наблюдение о микромире, он может заполнить симуляцию с достаточным уровнем детализации настолько, насколько это нужно. Если какая-то ошибка случится, режиссер симуляции может легко отредактировать состояния любого мозга, который узнал об аномалии до того, как он разрушит симуляцию. Либо режиссер может отмотать симуляцию на несколько секунд назад и перезапустить ее таким образом, чтобы избежать проблемы.

Из этого следует, что наиболее дорогостоящим при создании симуляции, которая неотличима от физической реальности для находящихся в ней человеческих сознаний, будет создание симуляций органических мозгов вплоть до нейронного или субнейронного уровня[124]. Хотя невозможно дать очень точную оценку цены реалистической симуляции человеческой истории, мы можем использовать оценку в 10³³ -10³⁶ операций в качестве грубой оценки[125].

По мере того, как мы будем иметь больше опыта в создании виртуальной реальности, мы достигнем лучшего понимания вычислительных требований, которые необходимы для того, чтобы такие миры выглядели реалистичными для их посетителей. Но даже если наша оценка неверна на несколько порядков величины, это не имеет большого значения для нашего доказательства. Мы отметили, что грубая оценка вычислительной мощности компьютера массой с планету составляет 10⁴² операций в секунду, и это только принимая во внимание уже известные нанотехнологические конструкции, которые, вероятно, далеки от оптимальных. Один такой компьютер может симулировать всю ментальную историю человечества (назовём это симуляцией предков) используя только одну миллионную своих ресурсов за 1 секунду. Постчеловеческая цивилизация может в конечном счёте построить астрономическое количество таких компьютеров. Мы можем заключить, что постчеловеческая цивилизация может запустить колоссальное количество симуляций предков, даже если она потратит на это только малую долю своих ресурсов. Мы можем придти к этому заключению, даже допуская значительную погрешность во всех наших оценках. Постчеловеческие цивилизации будут иметь достаточно вычислительных ресурсов, чтобы запустить огромное множество симуляций-предков, даже используя очень малую долю своих ресурсов для этих целей.