Квантовая теория информации
Поляк опубликовал статью, в которой впервые появляется этот термин: квантовая теория информации. В июне этот один из популярнейших разделов теоретической физики отметил двойной юбилей: 40-летие своего существования и 90-летие со дня рождения старшего. В 1975 году проф. Роман С. Ингарден из Института физики Университета Николая Коперника в Торуни опубликовал свою работу «Квантовая теория информации».
Роман С. Ингарден
Эта работа впервые представила схему систематической структуры квантовой теории информации, которая сейчас является одной из «самых модных» областей физики. Много людей присутствовало на ее рождении. На рубеже 60-х и 70-х годов под руководством проф. Ингардена на кафедре математической физики Университета Николая Коперника в Торуни велись исследования взаимосвязи между теорией информации и другими базовыми теориями современной физики. В то время было создано множество научных работ, в которых исследовались закономерности движения информации в термодинамических и квантовых процессах. «В те годы это был крайне новаторский подход, своего рода интеллектуальная экстравагантность, балансирующая на границе между физикой и философией. В мире у него была узкая толпа сторонников, которые часто посещали наш институт для работы непосредственно с командой профессора Ингардена? ? говорит проф. Анджей Ямиолковский из Института физики Университета Николая Коперника. Именно тогда в теоретическую физику были введены общеупотребительные сегодня понятия эволюционного генератора Линдблада-Коссаковского и изоморфизма Ямиолковского. проф. Ингарден относительно фундаментальной важности понятия информации в физике оказался точен.
В 90-х годах, благодаря быстрому развитию экспериментальных методов квантовой физики, были проведены первые эксперименты с использованием квантовых объектов, таких как фотоны, для сохранения и передачи информации. Этот опыт проложил путь к разработке новых высокоэффективных технологий квантовой связи. Результаты вызвали огромный интерес в мире науки и техники. Квантовая теория информации стала полноценным и крайне модным разделом современной физики. В настоящее время вопросы, связанные с квантовой информацией, изучаются в научных центрах по всему миру, это одна из самых популярных и динамично развивающихся областей физики, имеющая большое будущее.
Современные компьютеры работают по законам классической физики. Однако электронные схемы становятся настолько маленькими, что вскоре вы заметите эффекты, характерные для квантового мира. Тогда сам процесс миниатюризации заставит нас изменить правила игры с классических на квантовые, объясняет перспективы развития квантовых вычислений доктор Милош Михальски из отдела теоретической физики Института физики Университета Николая Коперника. . Квантовая информация имеет много неинтуитивных свойств, например, ее невозможно скопировать, в то время как копирование классической информации не проблематично. Также недавно стало известно, что квантовая информация может быть отрицательной, что особенно удивительно, ведь мы обычно ожидаем, что система, получив порцию информации, будет содержать ее больше. Однако самым замечательным, с классической человеческой точки зрения, и в то же время потенциально очень полезным свойством квантовых состояний как носителей квантовой информации является способность создавать из них суперпозиции состояний.
Современные компьютеры оперируют классическими битами, которые в любой момент времени могут находиться только в одном из двух состояний, условно называемых «0» и «1». Квантовые биты разные: они могут существовать в любой смеси (суперпозиции) состояний и только когда мы их считываем, значения принимают значение «0» или «1». Разницу можно увидеть с увеличением объема обрабатываемой информации. Классический 10-битный компьютер может обработать только одно из 1024 (2^10) состояний такого регистра за один шаг, а квантово-битовый компьютер обработает их все? также в один шаг.
Увеличение количества квантовых битов, например, до 100 откроет возможность обработки более тысячи миллиардов миллиардов миллиардов состояний за один цикл. Таким образом, компьютер, работающий с достаточным количеством квантовых битов, мог бы за очень короткое время реализовать определенные алгоритмы обработки квантовых данных, например, касающиеся разложения больших натуральных чисел на простые множители. Вместо расчета миллионов лет результат будет готов всего за несколько часов или даже минут.
Квантовая информация уже нашла свое первое коммерческое применение. Устройства квантовой криптографии, методы шифрования данных, в которых квантовые законы обработки информации гарантируют полную конфиденциальность обмениваемого контента, доступны на рынке уже несколько лет. На данный момент квантовое шифрование используется некоторыми банками, в будущем технология наверняка выйдет из строя и позволит, например, осуществлять полностью безопасные транзакции банкоматов или интернет-соединения. Выходящие два раза в месяц «Отчеты по математической физике», где представлены пионерские работы проф. Ингарден квантовой теории информации, является одним из двух периодических изданий, издаваемых кафедрой математической физики Института физики Университета Николая Коперника; другой – «Открытые системы и информационная динамика». Оба журнала входят в список самых влиятельных научных журналов Филадельфии Thomson Scientific Master Journal. Кроме того, «Открытые системы и информационная динамика» входит в группу четырех (из 60) польских научных журналов с наивысшими баллами в рейтинге Министерства науки и высшего образования. (материал основан на пресс-релизе Национальной лаборатории квантовых технологий и Института физики Университета Николая Коперника в Торуни)
