Seth Lloyd (geboren am 2. August 1960) ist ein amerikanischer Quanteninformationswissenschaftler und Professor am Massachusetts Institute of Technology Department of Mechanical Engineering. Er ist bekannt für Beiträge zur Quanteninformationswissenschaft, darunter Entwürfe für Quantencomputer, quantenanaloge Berechnung und Methoden zur Quantenfehlerkorrektur. Lloyd leitet das Center for Extreme Quantum Information Theory (xQIT) am MIT.
Lloyds Forschung verbindet Quantenmechanik und Informationstheorie mit Implikationen sowohl für die fundamentale Physik als auch für die Entwicklung praktischer Quantentechnologien. Er hat auch für ein allgemeines Publikum geschrieben und argumentiert, dass das Universum selbst als Quantencomputer funktioniert.
Biografie
Lloyd wurde am 2. August 1960 als Sohn von Susan Lloyd, einer Geschichtslehrerin an der Phillips Andover, und Robert Lloyd, einem Kunstlehrer an derselben Einrichtung, geboren. Seine mütterlichen Großeltern waren Rustin McIntosh, ein Kinderarzt, und Millicent Carey McIntosh, eine Bildungsverwalterin; seine väterlichen Großeltern unterrichteten Geschichte und Tanz an der Phillips Exeter. Er schloss 1978 die Phillips Academy ab und erhielt 1982 einen BA vom Harvard College. Mit einem Marshall-Stipendium absolvierte er 1983 und 1984 Part III und einen MPhil an der Universität Cambridge. Lloyd promovierte 1988 in Physik an der Rockefeller University, betreut von Heinz Pagels.
Von 1988 bis 1991 war Lloyd Postdoktorand am Caltech bei Murray Gell-Mann und wandte Informationstheorie auf Quantensysteme an. Von 1991 bis 1994 war er Postdoktorand am Los Alamos National Laboratory und arbeitete an Quantenberechnung. 1994 trat er der Fakultät für Maschinenbau am MIT bei, wo er geblieben ist. Er war auch externes Fakultätsmitglied am Santa Fe Institute. 2007 wurde er zum Fellow der American Physical Society ernannt, und 2012 erhielt er den International Quantum Communication Award.
Forschung zu Quantencomputern
Lloyd leitet das Center for Extreme Quantum Information Theory (xQIT) am MIT. Ihm wird der Vorschlag für einen digitalen Quantensimulator, ein Rahmenwerk für Quantenmetrologie und eine Behandlung kontinuierlicher Variablen in der Quanteninformation zugeschrieben. Seine Arbeit von 1996 in Science zeigte, dass ein Quantencomputer Quantensysteme mit lokalen Wechselwirkungen effizient simulieren kann, was einen konstruktiven Beweis für Richard Feynmans frühere Vermutung für diese Klasse von Systemen lieferte und half, den Quantencomputer als universellen Quantensimulator zu etablieren.
Mit Aram Harrow und Avinatan Hassidim führte Lloyd den HHL-Algorithmus zur Lösung linearer Gleichungssysteme ein, ein Ergebnis, das grundlegend für maschinelles Lernen mit Quanten wurde. Der Algorithmus galt zunächst als exponentiell schneller als klassische Methoden, aber spätere Arbeiten von Ewin Tang zeigten, dass klassische Algorithmen seine Leistung erreichen konnten, was die Erwartungen an Quantenvorteile im maschinellen Lernen neu formte.
Lloyd hat auch zur Quantenfehlerkorrektur und Rauschunterdrückung, zu Quantenanaloga des Satzes von Shannon und zur quantenanalogen Berechnung beigetragen. Seine Arbeit erstreckt sich auf die mögliche Rolle von Quanteneffekten in biologischen Phänomenen wie Photosynthese und auf dynamische Entkopplung als Methode zur Quantenfehlerminderung.
Biografie
Lloyd wurde am 2. August 1960 geboren. Seine Mutter, Susan Lloyd, war Geschichtslehrerin an der Phillips Andover, und sein Vater, Robert Lloyd, war Kunstlehrer an derselben Einrichtung. Seine mütterlichen Großeltern waren Rustin McIntosh, ein Kinderarzt, und Millicent Carey McIntosh, eine Bildungsverwalterin. Seine väterlichen Großeltern unterrichteten Geschichte und Tanz an der Phillips Exeter. Lloyd schloss 1978 die Phillips Academy ab und erhielt 1982 einen BA vom Harvard College. Während eines Marshall-Stipendiums absolvierte er 1983 und 1984 Part III und einen MPhil von der Universität Cambridge. Er promovierte 1988 in Physik an der Rockefeller University unter der Betreuung von Heinz Pagels.
Von 1988 bis 1991 war Lloyd Postdoktorand am Caltech und arbeitete mit Murray Gell-Mann an der Anwendung von Informationstheorie auf Quantensysteme. Von 1991 bis 1994 war er Postdoktorand am Los Alamos National Laboratory mit Schwerpunkt auf Quantenberechnung. Er trat 1994 der Fakultät für Maschinenbau am MIT bei und war auch externes Fakultätsmitglied am Santa Fe Institute. 2007 wurde er zum Fellow der American Physical Society ernannt, und 2012 erhielt er den International Quantum Communication Award.
Arbeit zu Quantensimulation und Algorithmen
Lloyds Arbeit von 1996 in Science zeigte, dass ein Quantencomputer Quantensysteme mit lokalen Wechselwirkungen effizient simulieren kann. Dieses Ergebnis lieferte einen Beweis für Richard Feynmans frühere Vermutung für diese Klasse von Systemen und half, den Quantencomputer als universellen Quantensimulator zu etablieren. Die Arbeit untermauerte spätere Forschung zur Quantensimulation in Chemie, Materialwissenschaft und Physik.
Mit Aram Harrow und Avinatan Hassidim führte Lloyd den HHL-Algorithmus zur Lösung linearer Gleichungssysteme auf einem Quantencomputer ein. Der Algorithmus galt weithin als exponentiell schneller als klassische Methoden, bis Ewin Tang zeigte, dass klassische Algorithmen für bestimmte Probleminstanzen vergleichbare Leistung erzielen konnten. Lloyd hat auch zur Quantenmetrologie, zur Quanteninformation mit kontinuierlichen Variablen und zur dynamischen Entkopplung für die Quantenfehlerminderung beigetragen. Seine Forschung hat untersucht, ob Quanteneffekte eine Rolle in biologischen Prozessen wie Photosynthese und Vogelnavigation spielen, obwohl diese Vorschläge umstritten bleiben.
Universum als Quantencomputer
In seinem Buch Programming the Universe von 2006 argumentierte Lloyd, dass das Universum als Quantencomputer verstanden werden kann, der Informationen verarbeitet, während es sich entwickelt. Er schlug vor, dass jedes physikalische System Bits speichert und manipuliert, wobei die Quantenmechanik das rechnerische Substrat bereitstellt. Das Buch erregte Aufmerksamkeit sowohl bei Physikern als auch bei einem allgemeinen Publikum. Darin spekulierte Lloyd auch, dass, wenn die Rechenleistung weiterhin mit historischen Raten wachsen würde, sie die physikalischen Grenzen, die durch die Ressourcen des Universums auferlegt werden, innerhalb von etwa 600 Jahren erreichen würde - eine Grenze, die er in späteren Arbeiten wie "Computational capacity of the universe" quantifizierte.
Lloyds frühere Arbeit zu ultimativen physikalischen Grenzen der Berechnung, veröffentlicht in Nature im Jahr 2000, leitete fundamentale Grenzen für die Geschwindigkeit und Informationsverarbeitungskapazität physikalischer Systeme ab. Diese Arbeit untersuchte, wie viel Berechnung angesichts der Energie- und Entropiebeschränkungen eines Systems durchgeführt werden könnte, und lieferte ein Rahmenwerk, das Thermodynamik und Informationstheorie verbindet.
Epstein-Kontroverse
Lloyds Verbindungen zum Finanzier Jeffrey Epstein wurden 2019 durch Berichterstattung über Epsteins Spenden an das MIT öffentlich. Lloyd hatte Forschungsmittel von Epstein angenommen, wofür er sich später in einer öffentlichen Erklärung entschuldigte. Lloyd hatte Epstein über den Literaturagenten John Brockman beim Edge Billionaires' Dinner kennengelernt und gab zu, Epstein während seiner Haftstrafe besucht und an Diskussionen nach seiner Entlassung teilgenommen zu haben.
Im Januar 2020 stellte ein Bericht der MIT Corporation fest, dass Epstein zwei Spenden im Zusammenhang mit Lloyd getätigt hatte, und behauptete, dass Lloyd Schritte unternommen hatte, um die Identität des Spenders zu verschleiern und die Due-Diligence-Prüfung zu behindern. Lloyd bestritt diese Darstellung. Eine Überprüfung durch die MIT-Fakultät im Dezember 2020 kam zu dem Schluss, dass Lloyd nicht versucht hatte, den Spenderprüfungsprozess zu umgehen, aber eine Mehrheit des Ausschusses stellte fest, dass er gegen die MIT-Richtlinie verstoßen hatte, indem er Informationen über Epsteins Hintergrund nicht offenlegte. Das MIT verhängte vorübergehende disziplinarische Maßnahmen, einschließlich Einschränkungen bei der Mittelbeschaffung und der Betreuung von Studierenden; diese Einschränkungen wurden inzwischen aufgehoben.
Ausgewählte Veröffentlichungen
Zu Lloyds bemerkenswerten Werken gehören "Ultimate physical limits to computation" (Nature, 2000) und "Computational capacity of the universe" (Physical Review Letters, 2002), die die Informationsverarbeitungskapazität physikalischer Systeme untersuchen. Sein Buch Programming the Universe von 2006 präsentiert seine These, dass das Universum seine eigene Entwicklung berechnet. Er verfasste auch das Kapitel "Quantum Mechanics and Emergence" von 2008 in Quantum Aspects of Life. Im Jahr 2020 trat er im Film Steeplechase auf, der von Andrey Kezzyn inszeniert wurde und geschlossene zeitartige Kurven untersucht, ein Thema, das mit seiner Forschung zu Quanteninformation und Relativität zusammenhängt.
Vermächtnis und Einfluss
Lloyds Arbeit hat sowohl die theoretische Quantenberechnung als auch die Bemühungen zum Bau praktischer Quantenhardware beeinflusst, einschließlich der Arbeit mit D-Wave zum Quantenannealing. Sein Schreiben über das rechnende Universum hat Diskussionen unter Physikern und Informatikern über die Natur der Realität und Information angeregt. Lloyds Beiträge zur Quantenfehlerkorrektur und Rauschunterdrückung beeinflussen weiterhin die Quantencomputing-Forschung an Einrichtungen wie IBM, Google und dem MIT. Seine Karriere veranschaulicht die Integration von Informationstheorie mit fundamentaler Physik, eine Richtung, die zentral für die moderne Entwicklung von Quantentechnologie geworden ist.