Квантова теорія інформації

Поляк опублікував статтю, де вперше з'являється цей термін: квантова теорія інформації. У червні цей один із найпопулярніших розділів теоретичної фізики відзначив подвійний ювілей: 40-річчя свого існування та 90-річчя від дня народження старшого. 1975 року проф. Роман С. Інгарден з Інституту фізики Університету Миколи Коперника в Торуні опублікував свою роботу "Квантова теорія інформації".

Роман С. Інгарден

Ця робота вперше представила схему систематичної структури квантової теорії інформації, яка зараз є однією з наймодніших областей фізики. Багато людей було на її народженні. На рубежі 60-х та 70-х років під керівництвом проф. Інгардена на кафедрі математичної фізики Університету Миколи Коперника в Торуні вели дослідження взаємозв'язку між теорією інформації та іншими базовими теоріями сучасної фізики. На той час було створено безліч наукових праць, у яких досліджувалися закономірності руху інформації у термодинамічних та квантових процесах. «У ті роки це був вкрай новаторський підхід, своєрідна інтелектуальна екстравагантність, що балансує на кордоні між фізикою та філософією. У світі він мав вузький натовп прихильників, які часто відвідували наш інститут для роботи безпосередньо з командою професора Інгардена? ? каже проф. Анджей Яміолковський з Інституту фізики Університету Миколи Коперника. Саме тоді в теоретичну фізику було введено загальновживані сьогодні поняття еволюційного генератора Ліндблада-Косаковського та ізоморфізму Яміолковського. проф. Інгарден щодо фундаментальної важливості поняття інформації у фізиці виявився точним.

У 90-х роках завдяки швидкому розвитку експериментальних методів квантової фізики були проведені перші експерименти з використанням квантових об'єктів, таких як фотони, для збереження та передачі інформації. Цей досвід проклав шлях розробки нових високоефективних технологій квантового зв'язку. Результати викликали величезний інтерес у світі науки та техніки. Квантова теорія інформації стала повноцінним та вкрай модним розділом сучасної фізики. В даний час питання, пов'язані з квантовою інформацією, вивчаються в наукових центрах по всьому світу, це одна з найпопулярніших областей фізики, що динамічно розвиваються, що має велике майбутнє.

Сучасні комп'ютери працюють за законами класичної фізики. Однак електронні схеми стають настільки маленькими, що незабаром ви помітите ефекти, характерні для квантового світу. Тоді сам процес мініатюризації змусить нас змінити правила гри з класичних на квантові, пояснює перспективи розвитку квантових обчислень доктор Мілош Міхальскі із відділу теоретичної фізики Інституту фізики Університету Миколи Коперника. . Квантова інформація має багато неінтуїтивних властивостей, наприклад її неможливо скопіювати, в той час як копіювання класичної інформації не проблематично. Також нещодавно стало відомо, що квантова інформація може бути негативною, що особливо дивно, адже ми зазвичай очікуємо, що система, отримавши порцію інформації, міститиме її більше. Однак найбільш чудовою, з класичної людської точки зору, і в той же час потенційно дуже корисною властивістю квантових станів як носіїв квантової інформації є здатність створювати з них суперпозицію станів.

Сучасні комп'ютери оперують класичними бітами, які будь-якої миті часу можуть бути лише у одному з двох станів, умовно званих «0» і «1». Квантові біти різні: вони можуть існувати в будь-якій суміші (суперпозиції) станів і тільки коли ми їх зчитуємо, значення набувають значення "0" або "1". Різницю можна побачити зі збільшенням обсягу інформації, що обробляється. Класичний 10-бітний комп'ютер може обробити лише один із 1024 (2^10) станів такого регістру за один крок, а квантово-бітовий комп'ютер обробить їх усі? також за один крок.

Збільшення кількості квантових бітів, наприклад, до 100 відкриє можливість обробки понад тисячу мільярдів мільярдів статків за один цикл. Таким чином, комп'ютер, який працює з достатньою кількістю квантових бітів, міг би за дуже короткий час реалізувати певні алгоритми обробки квантових даних, наприклад, що стосуються розкладання великих натуральних чисел на прості множники. Замість розрахунку мільйонів років результат буде готовий лише за кілька годин чи навіть хвилин.

Квантова інформація знайшла своє перше комерційне застосування. Пристрої квантової криптографії, методи шифрування даних, у яких квантові закони обробки інформації гарантують повну конфіденційність контенту, що обмінюється, доступні на ринку вже кілька років. На даний момент квантове шифрування використовується деякими банками, в майбутньому технологія, напевно, вийде з ладу і дозволить, наприклад, здійснювати повністю безпечні транзакції банкоматів або інтернет-з'єднання. Виходять двічі на місяць «Звіти з математичної фізики», де подано піонерські роботи проф. Інгарден квантової теорії інформації є одним із двох періодичних видань, що видаються кафедрою математичної фізики Інституту фізики Університету Миколи Коперника; інший – «Відкриті системи та інформаційна динаміка». Обидва журнали входять до списку найвпливовіших наукових журналів Філадельфії Thomson Scientific Master Journal. Крім того, «Відкриті системи та інформаційна динаміка» входить до групи чотирьох (з 60) польських наукових журналів із найвищими балами у рейтингу Міністерства науки та вищої освіти. (матеріал заснований на прес-релізі Національної лабораторії квантових технологій та Інституту фізики Університету Миколи Коперника у Торуні)