Квантавая тэорыя інфармацыі

Паляк апублікаваў артыкул, у якім упершыню з'яўляецца гэты тэрмін: квантавая тэорыя інфармацыі. У чэрвені гэты адзін з самых папулярных раздзелаў тэарэтычнай фізікі адзначыў двайны юбілей: 40-годдзе свайго існавання і 90-годдзе з дня нараджэння старэйшага. У 1975 годзе праф. Раман С. Інгардэн з Інстытута фізікі Універсітэта Мікалая Каперніка ў Торуні апублікаваў сваю працу "Квантавая тэорыя інфармацыі".

Раман С. Інгардэн

Гэтая праца ўпершыню прадставіла схему сістэматычнай структуры квантавай тэорыі інфармацыі, якая цяпер з'яўляецца адной з "самых модных" абласцей фізікі. Шмат людзей прысутнічала на яе нараджэнні. На мяжы 60-х і 70-х гадоў пад кіраўніцтвам праф. Інгардэна на кафедры матэматычнай фізікі Універсітэта Мікалая Каперніка ў Торуні вяліся даследаванні ўзаемасувязі паміж тэорыяй інфармацыі і іншымі базавымі тэорыямі сучаснай фізікі. У той час было створана мноства навуковых прац, у якіх даследаваліся заканамернасці руху інфармацыі ў тэрмадынамічных і квантавых працэсах. «У тыя гады гэта быў вельмі наватарскі падыход, своеасаблівая інтэлектуальная экстравагантнасць, якая балансуе на мяжы паміж фізікай і філасофіяй. У свеце ў яго быў вузкі натоўп прыхільнікаў, якія часта наведвалі наш інстытут для працы непасрэдна з камандай прафесара Інгардэна? ? кажа праф. Анджэй Яміалкоўскі з Інстытута фізікі Універсітэта Мікалая Каперніка. Менавіта тады ў тэарэтычную фізіку былі ўведзены агульнаўжывальныя сёння паняцці эвалюцыйнага генератара Ліндблада-Касакоўскага і ізамарфізму Яміёлкаўскага. праф. Інгардэн адносна фундаментальнай важнасці паняцця інфармацыі ў фізіцы аказаўся дакладны.

У 90-х гадах, дзякуючы хуткаму развіццю эксперыментальных метадаў квантавай фізікі, былі праведзены першыя эксперыменты з выкарыстаннем квантавых аб'ектаў, такіх як фатоны, для захавання і перадачы інфармацыі. Гэты вопыт праклаў шлях да распрацоўкі новых высокаэфектыўных тэхналогій квантавай сувязі. Вынікі выклікалі вялікую цікавасць у свеце навукі і тэхнікі. Квантавая тэорыя інфармацыі стала паўнавартасным і вельмі модным падзелам сучаснай фізікі. У цяперашні час пытанні, звязаныя з квантавай інфармацыяй, вывучаюцца ў навуковых цэнтрах па ўсім свеце, гэта адна з самых папулярных і дынамічна якія развіваюцца абласцей фізікі, якая мае вялікую будучыню.

Сучасныя кампутары працуюць па законах класічнай фізікі. Аднак электронныя схемы становяцца настолькі маленькімі, што неўзабаве вы заўважыце эфекты, характэрныя для квантавага свету. Тады сам працэс мініяцюрызацыі прымусіць нас змяніць правілы гульні з класічных на квантавыя, тлумачыць перспектывы развіцця квантавых вылічэнняў доктар Мілаш Міхальскі з аддзела тэарэтычнай фізікі Інстытута фізікі Універсітэта Мікалая Каперніка. . Квантавая інфармацыя мае шмат неінтуітыўных уласцівасцяў, напрыклад, яе немагчыма скапіяваць, у той час як капіраванне класічнай інфармацыі не праблематычна. Таксама нядаўна стала вядома, што квантавая інфармацыя можа быць адмоўнай, што асабліва дзіўна, бо мы звычайна чакаем, што сістэма, атрымаўшы порцыю інфармацыі, будзе змяшчаць яе больш. Аднак самым выдатным, з класічнага чалавечага пункту гледжання, і ў той жа час патэнцыйна вельмі карыснай уласцівасцю квантавых станаў як носьбітаў квантавай інфармацыі з'яўляецца здольнасць ствараць з іх суперпазіцыі станаў.

Сучасныя кампутары аперуюць класічнымі бітамі, якія ў любы момант часу могуць знаходзіцца толькі ў адным з двух станаў, умоўна званых "0" і "1". Квантавыя біты розныя: яны могуць існаваць у любой сумесі (суперпазіцыі) станаў і толькі калі мы іх счытваем, значэнні прымаюць значэнне "0" ці "1". Розніцу можна ўбачыць з павелічэннем аб'ёму апрацоўванай інфармацыі. Класічны 10-бітны кампутар можа апрацаваць толькі адно з 1024 (2^10) станаў такога рэгістра за адзін крок, а квантава-бітавы кампутар апрацуе іх усё? таксама ў адзін крок.

Павелічэнне колькасці квантавых бітаў, напрыклад, да 100 адкрые магчымасць апрацоўкі больш за тысячу мільярдаў мільярдаў станаў за адзін цыкл. Такім чынам, кампутар, які працуе з дастатковай колькасцю квантавых бітаў, мог бы за вельмі кароткі час рэалізаваць вызначаныя алгарытмы апрацоўкі квантавых дадзеных, напрыклад, датычныя раскладання вялікіх натуральных лікаў на простыя множнікі. Замест разліку мільёнаў гадоў вынік будзе гатовы ўсяго за некалькі гадзін ці нават хвілін.

Квантавая інфармацыя ўжо знайшла сваё першае камерцыйнае ўжыванне. Прылады квантавай крыптаграфіі, метады шыфравання дадзеных, у якіх квантавыя законы апрацоўкі інфармацыі гарантуюць поўную канфідэнцыйнасць абмененага кантэнту, даступныя на рынку ўжо некалькі гадоў. На дадзены момант квантавае шыфраванне выкарыстоўваецца некаторымі слоікамі, у будучыні тэхналогія напэўна выйдзе са строю і дазволіць, напрыклад, ажыццяўляць цалкам бяспечныя транзакцыі банкаматаў ці інтэрнэт-злучэнні. Якія выходзяць два разы на месяц «Справаздачы па матэматычнай фізіцы», дзе прадстаўлены піянерскія працы праф. Інгардэн квантавай тэорыі інфармацыі, з'яўляецца адным з двух перыядычных выданняў, якія выдаюцца кафедрай матэматычнай фізікі Інстытута фізікі Універсітэта Мікалая Каперніка; іншы - "Адкрытыя сістэмы і інфармацыйная дынаміка". Абодва часопіса ўваходзяць у спіс самых уплывовых навуковых часопісаў Філадэльфіі Thomson Scientific Master Journal. Акрамя таго, "Адкрытыя сістэмы і інфармацыйная дынаміка" ўваходзіць у групу чатырох (з 60) польскіх навуковых часопісаў з найвышэйшымі баламі ў рэйтынгу Міністэрства навукі і вышэйшай адукацыі. (матэрыял заснаваны на прэс-рэлізе Нацыянальнай лабараторыі квантавых тэхналогій і Інстытута фізікі Універсітэта Мікалая Каперніка ў Торуні)