Kvantová informační teorie
Polyak publikoval článek, ve kterém se poprvé objevil termín: kvantová teorie informace. V červnu oslavila tato jedna z nejoblíbenějších sekcí teoretické fyziky dvojí výročí: 40. výročí své existence a 90. výročí narození staršího. V roce 1975 prof. Roman S. Ingarden z Fyzikálního ústavu Univerzity Mikuláše Koperníka v Toruni publikoval svou práci „Kvantová teorie informace“.
Roman S. Ingarden
Tato práce poprvé představila systematický strukturní diagram kvantové teorie informace, která je nyní jednou z „nejžhavějších“ oblastí fyziky. Jejího narození se zúčastnilo mnoho lidí. Na přelomu 60. a 70. let se pod vedením prof. Ingarden na katedře matematické fyziky Univerzity Mikuláše Koperníka v Toruni byly provedeny studie o vztahu mezi teorií informace a dalšími základními teoriemi moderní fyziky. V té době vzniklo mnoho vědeckých prací, ve kterých byly studovány zákonitosti pohybu informace v termodynamických a kvantových procesech. „V těch letech to byl nesmírně inovativní přístup, jakási intelektuální extravagance, balancující na pomezí fyziky a filozofie. Měl ve světě úzký zástup příznivců, kteří často navštěvovali náš ústav, aby přímo spolupracovali s týmem profesorky Ingardenové? ? říká prof. Andrzej Jamiolkowski z Fyzikálního ústavu Univerzity Mikuláše Koperníka. Tehdy byly do teoretické fyziky zavedeny běžně používané koncepty Lindblad-Kossakovského evolučního generátoru a Yamiolkovského izomorfismu. prof. Ingarden se ukázal jako přesný, pokud jde o zásadní význam pojmu informace ve fyzice.
V 90. letech, kvůli rychlému rozvoji experimentálních metod kvantové fyziky, byly provedeny první experimenty s použitím kvantových objektů, jako jsou fotony, k ukládání a přenosu informací. Tato zkušenost otevřela cestu pro vývoj nových vysoce výkonných technologií pro kvantovou komunikaci. Výsledky vzbudily velký zájem ve světě vědy a techniky. Kvantová teorie informace se stala plnohodnotným a extrémně módním odvětvím moderní fyziky. V současnosti se problematika kvantové informace studuje ve výzkumných centrech po celém světě, jde o jednu z nejoblíbenějších a dynamicky se rozvíjejících oblastí fyziky s velkou budoucností.
Moderní počítače fungují podle zákonů klasické fyziky. Elektronické obvody jsou však tak malé, že si brzy všimnete efektů, které jsou charakteristické pro kvantový svět. Pak nás samotný proces miniaturizace donutí změnit pravidla hry z klasických na kvantová, vysvětluje vyhlídky rozvoje kvantového počítání doktor Miloš Michalský z oddělení teoretické fyziky Fyzikálního ústavu Mikuláše Koperníka. Univerzita. . Kvantová informace má mnoho neintuitivních vlastností, jako je nemožnost kopírování, zatímco kopírování klasických informací není problematické. Nedávno se také vešlo ve známost, že kvantové informace mohou být negativní, což je obzvláště překvapivé, protože obvykle očekáváme, že systém, který obdrží část informací, jich bude obsahovat více. Nejpozoruhodnější, z klasického lidského hlediska a zároveň potenciálně velmi užitečná vlastnost kvantových stavů jako nositelů kvantové informace je však schopnost vytvářet z nich superpozice stavů.
Moderní počítače pracují s klasickými bity, které mohou být kdykoli pouze v jednom ze dvou stavů, podmíněně nazývaných "0" a "1". Kvantové bity jsou různé: mohou existovat v libovolné směsi (superpozici) stavů a teprve když je čteme, hodnoty nabývají hodnoty „0“ nebo „1“. Rozdíl je vidět na nárůstu množství zpracovávaných informací. Klasický 10bitový počítač dokáže zpracovat pouze jeden z 1024 (2^10) stavů takového registru v jednom kroku, ale kvantověbitový počítač je dokáže zpracovat všechny? také v jednom kroku.
Zvýšení počtu kvantových bitů na řekněme 100 otevře možnost zpracovat přes tisíc miliard miliard miliard stavů v jediném cyklu. Počítač pracující s dostatečným počtem kvantových bitů by tak mohl ve velmi krátké době implementovat určité algoritmy pro zpracování kvantových dat, například ty, které se týkají rozkladu velkých přirozených čísel na prvočinitele. Místo počítání milionů let bude výsledek hotový za pár hodin nebo dokonce minut.
Kvantové informace již našly své první komerční uplatnění. Zařízení pro kvantovou kryptografii, metody šifrování dat, ve kterých kvantové zákony zpracování informací zaručují úplnou důvěrnost vyměňovaného obsahu, jsou na trhu k dispozici již několik let. V tuto chvíli kvantové šifrování využívají některé banky, v budoucnu technologie nejspíš selže a umožní například zcela bezpečné bankomatové transakce nebo připojení k internetu. Vychází dvakrát měsíčně „Zprávy z matematické fyziky“, které představují průkopnické dílo prof. Ingarden Quantum Information Theory, je jedním ze dvou periodik vydávaných Katedrou matematické fyziky Fyzikálního ústavu Univerzity Mikuláše Koperníka; druhý je "Otevřené systémy a informační dynamika". Oba časopisy jsou na seznamu nejvlivnějších vědeckých časopisů Philadelphia Thomson Scientific Master Journal. „Otevřené systémy a informační dynamika“ je navíc zařazena do skupiny čtyř (z 60) polských vědeckých časopisů s nejvyšším hodnocením v žebříčku Ministerstva vědy a vysokého školství. (Materiál vychází z tiskové zprávy Národní laboratoře kvantových technologií a Fyzikálního ústavu Univerzity Mikuláše Koperníka v Toruni)
