Kvantiniai kompiuteriai vis dar yra svajonė, tačiau atėjo kvantinių ryšių era. Naujas eksperimentas, atliktas Paryžiuje, pirmą kartą parodė, kad kvantinė komunikacija yra pranašesnė už klasikinius informacijos perdavimo metodus.
„Mes pirmieji pademonstravome kiekybinį pranašumą perduodant informaciją, kurios reikia dviem šalims atlikti užduotį“, - sako Eleni Diamanti, Sorbonos universiteto elektros inžinierė ir tyrimo bendraautorė.
- „Salik.biz“
Manoma, kad kvantinės mašinos, kurios naudoja materijos kvantines savybes šifruoti informaciją, padarys revoliuciją skaičiavimo srityje. Tačiau pažanga šioje srityje buvo labai lėta. Inžinieriai dirba kurdami pradinius kvantinius kompiuterius, tačiau teoriniai mokslininkai susidūrė su esmingesne kliūtimi: jiems nepavyko įrodyti, kad klasikiniai kompiuteriai niekada negali atlikti užduočių, kurioms sukurti yra sukurti kvantiniai kompiuteriai. Pavyzdžiui, praėjusią vasarą vaikinas iš Teksaso įrodė, kad problemą, kuri ilgą laiką buvo laikoma išsprendžiama tik kvantiniame kompiuteryje, galima greitai išspręsti klasikiniame kompiuteryje.
Sveiki atvykę į kvantinį amžių
Tačiau ryšių (ne skaičiavimo) srityje galima patvirtinti kvantinio metodo naudą. Daugiau nei prieš dešimtmetį mokslininkai įrodė, kad bent jau teoriškai kvantinė komunikacija yra pranašesnė už klasikinius pranešimų siuntimo būdus, susijusius su konkrečiomis užduotimis.
„Žmonės daugiausia užsiiminėjo skaičiavimo užduotimis. Vienas didžiausių pranašumų yra tas, kad atliekant ryšių užduotis nauda yra akivaizdi “.
2004 m. „Diamanti“darbo bendraautorius Jordanis Kerenidis ir dar du mokslininkai pateikė scenarijų, pagal kurį vienam asmeniui reikėjo perduoti informaciją kitam, kad antras asmuo galėtų atsakyti į konkretų klausimą. Tyrėjai įrodė, kad kvantinė grandinė gali įvykdyti užduotį perduodama eksponentiškai mažiau informacijos nei klasikinė sistema. Bet jų pristatyta kvantinė grandinė buvo grynai teorinė - ir gerokai peržengianti šių dienų technologijas.
Reklaminis vaizdo įrašas:
„Mes sugebėjome patvirtinti šį kvantinį pranašumą, tačiau buvo labai sunku įgyvendinti kvantinį protokolą“, - sako Kerenidis.
Naujas kūrinys yra modifikuota scenarijaus versija, kurią numatė Kerenidis ir jo kolegos. Kaip įprasta, pereikime prie dviejų dalykų - Alisos ir Bobo. Alisa turi sunumeruotų rutulių rinkinį. Kiekvienas rutulys yra atsitiktinai nudažytas raudona arba mėlyna spalva. Bobas nori sužinoti, ar tam tikra atsitiktinai parinkta rutulių pora yra tos pačios spalvos ar skiriasi. Alisa nori atsiųsti Bobui kuo mažiau informacijos, tuo pačiu užtikrindama, kad Bobas galėtų atsakyti į jo klausimą.
Ši problema yra vadinama „modelio atitikimo problema“. Tai labai svarbu kriptografijai ir skaitmeninėms valiutoms, kai vartotojai dažnai nori keistis informacija neatskleisdami visko, ką žino. Tai taip pat puikiai parodo kvantinio ryšio pranašumus.
Jūs negalite tiesiog pasakyti: noriu atsiųsti jums filmą ar kažką tokio dydžio, koks yra gigabaitas, ir užkoduoti jį į kvantinę būseną, tikėdamasi rasti kvantinį pranašumą, sako Tomas Vidickas, Kalifornijos technologijos instituto informatikas. "Turime apsvarstyti subtilesnes užduotis."
Siekdama klasikinio atitikimo problemos sprendimo, Alisa turi nusiųsti Bobui informacijos kiekį, proporcingą kamuoliukų skaičiaus kvadratinei šakniai. Tačiau neįprastas kvantinės informacijos pobūdis įgalina efektyvesnį sprendimą.
Naujajame darbe naudojamoje laboratorijos grandinėje Alisa ir Bobas bendrauja naudodamiesi lazerio impulsais. Kiekvienas impulsas žymi vieną rutulį. Impulsai praeina per pluošto skirstytuvą, kuris perduoda pusę kiekvieno impulso Alisai ir Bobui. Kai impulsas pasiekia Alisą, ji gali perkelti lazerio impulso fazę, kad užkoduotų informaciją apie kiekvieną rutulį - atsižvelgiant į jo spalvą, raudoną ar mėlyną.
Tuo tarpu Bobas užkoduoja informaciją apie jį dominančias rutulių poras į savo pusę lazerio impulsų. Tada impulsai susilieja kitame sijų skirstytuve, kur jie trukdo vienas kitam. Impulsų sukuriami trukdžių modeliai atspindi skirtumus, kaip buvo keičiamos kiekvieno impulso fazės. Bobas gali perskaityti trikdžių schemą artimiausiame fotono detektoriuje.
Iki to momento, kai Bobas „skaito“Alisos lazerinį pranešimą, Alisos kvantinis pranešimas geba atsakyti į bet kokius klausimus apie bet kurią porą. Bet kvantinės žinutės skaitymo procesas ją sunaikina ir Bobas gauna informaciją tik apie vieną rutulių porą.
Ši kvantinės informacijos savybė - kad ją galima skaityti įvairiais būdais, bet galiausiai ją skaitys tik vienas - žymiai sumažina informacijos, kurią galima perduoti, pavyzdžių atitikimo problemai išspręsti. Jei Alisai reikia nusiųsti 100 klasikinių bitų Bobui, kad jis galėtų atsakyti į jo klausimą, ji gali tą pačią užduotį atlikti su maždaug 10 kvbitų arba kvantinių bitų.
Tai principo įrodymas, kad jums reikia sukurti tikrą kvantinį tinklą, sako Graham Smith, JILA fizikas, Boulderis, Koloradas.
Naujasis eksperimentas yra aiškus klasikinių metodų triumfas. Tyrėjai pradėjo eksperimentą tiksliai žinodami, kiek reikia informacijos klasikiniu būdu perduoti problemai išspręsti. Tada jie įtikinamai pademonstravo, kad kvantiniai įrankiai gali tai išspręsti kompaktiškiau.
Šis rezultatas taip pat siūlo alternatyvų kelią į ilgalaikį tikslą informatikoje: įrodyti, kad kvantiniai kompiuteriai yra pranašesni už klasikinius kompiuterius.
Ilja Khel
