Κβαντική Θεωρία Πληροφοριών

Ο Polyak δημοσίευσε την εργασία στην οποία εμφανίζεται για πρώτη φορά ο όρος: κβαντική θεωρία πληροφοριών. Τον Ιούνιο, αυτό το ένα από τα πιο δημοφιλή τμήματα της θεωρητικής φυσικής γιόρτασε μια διπλή επέτειο: την 40η επέτειο της ύπαρξής της και την 90η επέτειο από τη γέννηση του πρεσβύτερου. Το 1975 ο καθ. Ο Roman S. Ingarden από το Ινστιτούτο Φυσικής του Πανεπιστημίου Nicolaus Copernicus στο Τορούν δημοσίευσε το έργο του «Quantum Theory of Information».

Roman S. Ingarden

Αυτή η εργασία παρουσίασε για πρώτη φορά ένα συστηματικό διάγραμμα δομής της κβαντικής θεωρίας πληροφοριών, που είναι πλέον ένας από τους πιο «καυτούς» τομείς της φυσικής. Πολλοί άνθρωποι παρευρέθηκαν στη γέννησή της. Στο γύρισμα των δεκαετιών του '60 και του '70, υπό την καθοδήγηση του καθ. Ingarden στο Τμήμα Μαθηματικής Φυσικής του Πανεπιστημίου Nicolaus Copernicus στο Τορούν, πραγματοποιήθηκε έρευνα σχετικά με τη σχέση μεταξύ της θεωρίας της πληροφορίας και άλλων βασικών θεωριών της σύγχρονης φυσικής. Εκείνη την εποχή δημιουργήθηκαν πολλές επιστημονικές εργασίες, στις οποίες μελετήθηκαν τα μοτίβα κίνησης της πληροφορίας σε θερμοδυναμικές και κβαντικές διεργασίες. «Σε εκείνα τα χρόνια, ήταν μια εξαιρετικά καινοτόμος προσέγγιση, ένα είδος πνευματικής υπερβολής, που ισορροπούσε στα σύνορα μεταξύ φυσικής και φιλοσοφίας. Στον κόσμο, είχε ένα στενό πλήθος υποστηρικτών που επισκέπτονταν συχνά το ινστιτούτο μας για να συνεργαστούν απευθείας με την ομάδα του καθηγητή Ingarden; ? λέει ο καθ. Andrzej Jamiolkowski από το Ινστιτούτο Φυσικής του Πανεπιστημίου Nicolaus Copernicus. Τότε ήταν που οι έννοιες της εξελικτικής γεννήτριας του Lindblad-Kossakovsky και του ισομορφισμού του Yamiolkovsky, που χρησιμοποιούνται συνήθως σήμερα, εισήχθησαν στη θεωρητική φυσική. καθ. Ο Ingarden αποδείχθηκε ακριβής όσον αφορά τη θεμελιώδη σημασία της έννοιας της πληροφορίας στη φυσική.

Στη δεκαετία του '90, λόγω της ταχείας ανάπτυξης των πειραματικών μεθόδων της κβαντικής φυσικής, πραγματοποιήθηκαν τα πρώτα πειράματα χρησιμοποιώντας κβαντικά αντικείμενα όπως φωτόνια για την αποθήκευση και τη μετάδοση πληροφοριών. Αυτή η εμπειρία άνοιξε το δρόμο για την ανάπτυξη νέων τεχνολογιών υψηλής απόδοσης για κβαντική επικοινωνία. Τα αποτελέσματα προκάλεσαν μεγάλο ενδιαφέρον στον κόσμο της επιστήμης και της τεχνολογίας. Η κβαντική θεωρία πληροφοριών έχει γίνει ένας πλήρης και εξαιρετικά μοντέρνος κλάδος της σύγχρονης φυσικής. Επί του παρόντος, ζητήματα που σχετίζονται με την κβαντική πληροφορία μελετώνται σε ερευνητικά κέντρα σε όλο τον κόσμο· αυτός είναι ένας από τους πιο δημοφιλείς και δυναμικά αναπτυσσόμενους τομείς της φυσικής με μεγάλο μέλλον.

Οι σύγχρονοι υπολογιστές λειτουργούν σύμφωνα με τους νόμους της κλασικής φυσικής. Ωστόσο, τα ηλεκτρονικά κυκλώματα γίνονται τόσο μικρά που σύντομα θα παρατηρήσετε φαινόμενα που είναι χαρακτηριστικά του κβαντικού κόσμου. Τότε η ίδια η διαδικασία της μικρογραφίας θα μας αναγκάσει να αλλάξουμε τους κανόνες του παιχνιδιού από κλασικό σε κβαντικό, εξηγεί τις προοπτικές για την ανάπτυξη των κβαντικών υπολογιστών, ο Δρ. Milos Michalsky από το Τμήμα Θεωρητικής Φυσικής του Ινστιτούτου Φυσικής του Nicolaus Copernicus. Πανεπιστήμιο. . Οι κβαντικές πληροφορίες έχουν πολλές μη διαισθητικές ιδιότητες, όπως είναι αδύνατη η αντιγραφή, ενώ η αντιγραφή κλασικών πληροφοριών δεν είναι προβληματική. Πρόσφατα έγινε γνωστό ότι οι κβαντικές πληροφορίες μπορεί να είναι αρνητικές, κάτι που προκαλεί έκπληξη, γιατί συνήθως περιμένουμε ότι το σύστημα, έχοντας λάβει ένα μέρος της πληροφορίας, θα περιέχει περισσότερες από αυτές. Ωστόσο, η πιο αξιοσημείωτη, από την κλασική ανθρώπινη άποψη, και ταυτόχρονα δυνητικά πολύ χρήσιμη ιδιότητα των κβαντικών καταστάσεων ως φορείς κβαντικών πληροφοριών είναι η ικανότητα δημιουργίας υπερθέσεων καταστάσεων από αυτές.

Οι σύγχρονοι υπολογιστές λειτουργούν με κλασικά bit, τα οποία ανά πάσα στιγμή μπορούν να βρίσκονται μόνο σε μία από τις δύο καταστάσεις, υπό όρους που ονομάζονται "0" και "1". Τα κβαντικά bit είναι διαφορετικά: μπορούν να υπάρχουν σε οποιοδήποτε μείγμα (υπέρθεση) καταστάσεων και μόνο όταν τα διαβάζουμε, οι τιμές παίρνουν την τιμή "0" ή "1". Η διαφορά μπορεί να φανεί με την αύξηση του όγκου των πληροφοριών που υποβάλλονται σε επεξεργασία. Ένας κλασικός υπολογιστής 10 bit μπορεί να επεξεργαστεί μόνο μία από τις 1024 (2^10) καταστάσεις ενός τέτοιου καταχωρητή σε ένα βήμα, αλλά ένας υπολογιστής κβαντικών bit μπορεί να τις επεξεργαστεί όλες; επίσης σε ένα βήμα.

Η αύξηση του αριθμού των κβαντικών bit, ας πούμε, σε 100 θα ανοίξει τη δυνατότητα επεξεργασίας περισσότερων από χίλια δισεκατομμύρια δισεκατομμύρια δισεκατομμύρια καταστάσεις σε έναν μόνο κύκλο. Έτσι, ένας υπολογιστής που λειτουργεί με επαρκή αριθμό κβαντικών bit θα μπορούσε, σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα, να εφαρμόσει ορισμένους αλγόριθμους για την επεξεργασία κβαντικών δεδομένων, για παράδειγμα, αυτούς που σχετίζονται με την παραγοντοποίηση μεγάλων φυσικών αριθμών σε πρώτους παράγοντες. Αντί να υπολογίζουμε εκατομμύρια χρόνια, το αποτέλεσμα θα είναι έτοιμο σε λίγες μόνο ώρες ή και λεπτά.

Η κβαντική πληροφορία έχει ήδη βρει την πρώτη της εμπορική εφαρμογή. Οι συσκευές κβαντικής κρυπτογραφίας, μέθοδοι κρυπτογράφησης δεδομένων στις οποίες οι κβαντικοί νόμοι επεξεργασίας πληροφοριών εγγυώνται την πλήρη εμπιστευτικότητα του ανταλλασσόμενου περιεχομένου, είναι διαθέσιμες στην αγορά εδώ και αρκετά χρόνια. Αυτή τη στιγμή, η κβαντική κρυπτογράφηση χρησιμοποιείται από ορισμένες τράπεζες, στο μέλλον η τεχνολογία πιθανότατα θα αποτύχει και θα επιτρέψει, για παράδειγμα, απόλυτα ασφαλείς συναλλαγές με ΑΤΜ ή συνδέσεις στο Διαδίκτυο. Εκδίδεται δύο φορές το μήνα «Αναφορές για τη Μαθηματική Φυσική», που παρουσιάζει το πρωτοποριακό έργο του καθ. Το Ingarden Quantum Information Theory, είναι ένα από τα δύο περιοδικά που εκδίδονται από το Τμήμα Μαθηματικής Φυσικής του Ινστιτούτου Φυσικής του Πανεπιστημίου Nicolaus Copernicus. το άλλο είναι «Ανοιχτά Συστήματα και Δυναμική Πληροφοριών». Και τα δύο περιοδικά περιλαμβάνονται στη λίστα του Philadelphia Thomson Scientific Master Journal με τα πιο σημαντικά επιστημονικά περιοδικά. Επιπλέον, το «Open Systems and Information Dynamics» περιλαμβάνεται στην ομάδα τεσσάρων (από τα 60) πολωνικά επιστημονικά περιοδικά με τις υψηλότερες βαθμολογίες στην κατάταξη του Υπουργείου Επιστημών και Ανώτατης Εκπαίδευσης. (Το υλικό βασίζεται σε δελτίο τύπου από το Εθνικό Εργαστήριο Κβαντικών Τεχνολογιών και το Ινστιτούτο Φυσικής του Πανεπιστημίου Nicolaus Copernicus στο Τορούν)