デイヴィッド・ドイッチュ：多世界解釈を文字通りに受け止めた物理学者

1985年、オックスフォード大学の物理学者が、誰も作ったことがなく、必要だと考える者もほとんどいなかったマシン、すなわち普遍量子コンピュータについて記述した論文を発表した。彼の主張は、それが役に立つということではなかった。コンピュータ科学における最も深遠な原理、すなわち単一の機械であらゆる物理プロセスをシミュレートできるというチューリングの主張は、宇宙が量子力学的でありチューリングの機械はそうではないため、そのままでは誤りであるということだった。その原理を修正するには、新しい種類のコンピュータが必要だった。およそ4世紀（※約40年）の時を経てその機械は存在し、その周囲に産業が成長し、デイヴィッド・ドイッチュは一般に量子計算の父と呼ばれている。

ハイファからオックスフォードへ

デイヴィッド・エリエゼル・ドイッチュ (David Elieser Deutsch) は1953年5月18日にイスラエルのハイファでユダヤ系の家庭に生まれた。ロンドンのウィリアム・エリス・スクールに通い、ケンブリッジ大学クレア・カレッジで自然科学を学び、その後オックスフォード大学ウォルフソン・カレッジでデニス・シアーマ (Dennis Sciama) とフィリップ・カンデラス (Philip Candelas) の下で博士号取得に向けた研究を行い、曲時空上の量子場の理論に取り組んだ。スティーヴン・ホーキングやロジャー・ペンローズらを教え子に持ったシアーマは、奇妙なアイデアを真剣に受け止めるイギリスの理論家の一世代を指導した指導教官であり、それはドイッチュが次に行うことにとって有益な見習い期間となった。

チャーチ＝チューリング＝ドイッチュの原理

1985年の論文では、量子チューリングマシンと、後にチャーチ＝チューリング＝ドイッチュの原理として知られるものが導入された。チューリングの本来の洞察は数学に関するものであり、普遍的機械は計算可能なものは何でも計算できるというものだった。ドイッチュはこれを物理学に関する主張として再定式化し、普遍的な計算デバイスはあらゆる物理プロセスをシミュレートできなければならず、物理プロセスは量子力学的であるため、普遍的機械それ自体が量子でなければならないとした。

これはドイッチュに特有の手法である。彼は論理学における抽象的な結果を取り上げ、それが実際には世界についての陳述であると主張し、その後、その結果がどこへ向かおうともそれを追求した。そこから導き出されたのは、テクノロジー全体の理論的基礎であった。

彼はそれに続いて具体的な結果をもたらした。リチャード・ジョウザ (Richard Jozsa) と共にドイッチュ＝ジョウザのアルゴリズムを開発した。これは、量子アルゴリズムが、考え得るいかなる古典的決定性アルゴリズムよりも指数関数的に高速になり得ることを示した最初のデモンストレーションの一つである。それは実用的な興味を持たない人工的な問題を解決するものであり、肝心なのはそこではない。それは量子コンピュータが単に高速であるだけでなく、カテゴリー的に異なっているという存在証明であった。彼はまた、量子論理ゲートや、ノイズの多い世界でマシンを構築可能にする分野である量子誤り訂正にも取り組んだ。

4つのストランド

ドイッチュの1997年の著書『現実の構造 (The Fabric of Reality)』は、時代遅れの主張を擁護した。すなわち、現実を理解する方法とは、すべてを素粒子物理学に還元することではなく、互いを支え合う4つの深遠な理論を認めることであるという主張だ。ヒュー・エヴェレット (Hugh Everett) による量子力学的多世界解釈が最初であり、最も重要である。現実主義と大胆な推論を強調するカール・ポパー (Karl Popper) の認識論が2番目である。普遍的チューリングマシンから普遍量子コンピュータへとドイッチュ自身のチューリング原理によって拡張されたアラン・チューリングの計算理論が3番目である。レプリケーターとミームを伴うリチャード・ドーキンス (Richard Dawkins) によるダーウィン主義の洗練が4番目である。

その反響は温かいものであったが、批判がないわけではなかった。『ガーディアン』紙はその本を深遠で野心的な書物と呼んだ。『ニューヨーク・タイムズ』紙は、全体がまとまっているかには疑問を呈しつつも、そこに見いだされた爽快なまでに斜め方向からの挑発的な洞察を評価した。2011年には『無限の始まり (The Beginning of Infinity)』が続き、説明的知識には固有の限界がないという主張へと議論を拡張した。

科学哲学に対するドイッチュの貢献は、彼が強く主張する基準である。すなわち「優れた説明は変えるのが難しい」ということである。詳細を損なうことなく入れ替えることができるような理論は何も説明しておらず、優れた説明には、それらが果たす仕事によって厳しく制約された部分が存在する。

コンストラクタ理論

2012年以降、キアラ・マルレット (Chiara Marletto) と共に、ドイッチュはコンストラクタ理論の開発に取り組んでいる。これは、量子計算をすべての物理プロセスを網羅する枠組みへと一般化しようとする試みである。初期条件と運動法則が与えられた場合に何が起こるかを記述するのではなく、コンストラクタ理論は、どの物理的変換が可能でどれが不可能であるか、そしてなぜそうなのかを述べることを提案する。それは物理学の基礎を別の基盤の上に再構築しようとする試みである。それが成功するかどうかは完全に未解決である。

デイヴィッドが天才と呼ばれる理由

ドイッチュの際立った資質は、いかなる理論をも単なる計算装置として扱うことを拒絶する点にある。量子力学が「多くの世界が存在する」と述べたとき、大半の物理学者はそれを一蹴すべき解釈上の好奇心の対象として扱ったが、ドイッチュはそれを文字通り真実として受け止め、それを活用するマシンがどのようなものになるかを問いかけた。普遍量子コンピュータはそのリテラリズムから生まれた。同じアプローチが彼の業績全体に繰り返し見られる。すなわち、チューリングの原理を論理ではなく物理学として扱い、科学の要点を予測ではなく説明として扱うことである。

その評価は確かなものである。1988年のIOPディラック賞、2008年の王立協会フェロー選出、2017年のICTPディラック・メダル、2021年のアイザック・ニュートン・メダル、そして2023年の基礎物理学ブレイクスルー賞。「量子計算の父」という表現は、宣伝文句ではなく、広く使用されている説明である。

反論が存在するのも事実である。ドイッチュの基礎的なコミットメントは依然として少数派の立場であり、多世界解釈はいくつかの解釈の一つに過ぎず、コンストラクタ理論はいまだにこの分野の注目を集めるような結果を生み出していない。彼は原理的に可能なことについての理論家であり、量子コンピュータを構築するという莫大な実践的労力は、彼が設計していないハードウェアに取り組む他の人々によって成し遂げられてきた。彼の著作は証拠というよりも議論の書物であり、その広範さは「すべてを説明し、それゆえに何も制約しない」という批判を招く。また、多世界解釈を提案したのはエヴェレットであり、認識論はポパー、計算はチューリング、進化論的枠組みはドーキンスであることに留意するのも公平である。ドイッチュの統合は真に独創的であるが、そのストランドは借り物である。彼の天才性は、既存の理論を文字通りに受け取った場合に何が従うかを見出す点にあり、それは響きほど珍しくなく、この称号が意味するものよりも狭い能力である。

遺産

ドイッチュはオックスフォードの量子計算センターで活動しており、彼が理論上で創設した分野は、背後に数十億ドルの資金を持つグローバルな研究企業へと成長した。コンストラクタ理論や多世界解釈がどうなろうとも、1985年の論文は健在である。それは誰も想像しなかった計算の形態を特定し、それが物理学自体によって暗示されていることを証明し、技術者たちが追いつくのを待った。彼らは今なお追いつこうとしているところである。