Kvantarvutid on endiselt unistus, kuid kvantkommunikatsiooni ajastu on kätte jõudnud. Pariisis läbi viidud uus katse näitas esmakordselt, et kvantkommunikatsioon on parem kui klassikalised teabe edastamise meetodid.
"Olime esimesed, kes näitasid kvantitatiivset ülekandmist teabe edastamisel, mida ülesande täitmiseks vajavad kaks osapoolt," ütles Elebon Diamanti, Sorbonne'i ülikooli elektriinsener ja uuringu kaasautor.
Eeldatakse, et kvantmasinad, mis kasutavad teabe kodeerimiseks mateeria kvantomadusi, muudavad andmetöötluse revolutsiooniliseks. Kuid edusammud selles valdkonnas on olnud väga aeglased. Samal ajal kui insenerid töötavad algeliste kvantarvutite loomise nimel, on teoreetilised teadlased seisnud silmitsi põhimõttelisema takistusega: nad pole suutnud tõestada, et klassikalised arvutid ei saa kunagi täita ülesandeid, mille jaoks kvantarvutid on mõeldud. Eelmisel suvel näiteks tõestas Texasest pärit tüüp, et probleemi, mida pikka aega peeti lahendatavaks ainult kvantarvutis, saab kiiresti lahendada klassikalises arvutis.
Tere tulemast kvantikka
Kommunikatsiooni (mitte arvuti) valdkonnas saab kvantmeetodi eeliseid siiski kinnitada. Rohkem kui kümme aastat tagasi tõestasid teadlased, et vähemalt teoorias on kvantkommunikatsioon parem kui klassikaliste teadete saatmise viisid konkreetsete ülesannete jaoks.
“Inimesed tegelesid peamiselt arvutitööga. Üks suuri eeliseid on see, et suhtlemisülesannete puhul on eelised tõestatavad."
2004. aastal esitasid Diamanti töö kaasautor Jordanis Kerenidis ja veel kaks teadlast stsenaariumi, kus ühel inimesel oli vaja teisele teavet saata, et teine inimene saaks konkreetsele küsimusele vastata. Teadlased on tõestanud, et kvantiskeem võib ülesande täita, edastades plahvatuslikult vähem teavet kui klassikaline süsteem. Kuid nende esitatud kvantiring oli puhtalt teoreetiline - ja ületas tänapäevaseid tehnoloogiaid.
Reklaamvideo:
"Suutsime seda kvantieelist kinnitada, kuid kvantprotokolli oli äärmiselt keeruline rakendada," ütleb Kerenidis.
Uus teos on Kerenidise ja tema kolleegide kavandatud skripti muudetud versioon. Nagu tavaliselt, pöördugem kahe teema, Alice ja Bob poole. Alice'il on komplekt nummerdatud palle. Kõik pallid on juhuslikult värvitud punaseks või siniseks. Bob soovib teada saada, kas konkreetsel juhuslikult valitud kuulil on sama värv või erinevad värvid. Alice soovib saata Bobile võimalikult vähe teavet, tagades samas, et Bob suudab tema küsimusele vastata.
Seda probleemi nimetatakse "mustri sobitamise probleemiks". See on hädavajalik krüptograafia ja digitaalvaluutade jaoks, kus kasutajad soovivad sageli teavet vahetada, avaldamata kõike, mida nad teavad. See näitab suurepäraselt ka kvantkommunikatsiooni eeliseid.
Sa ei saa lihtsalt öelda: ma tahan teile saata filmi või midagi gigabaidist suurust ja kodeerida selle kvant olekusse, eeldades kvantieelise leidmist, ütles California tehnikainstituudi arvutiteadlane Thomas Vidick. "Peame kaaluma peenemaid ülesandeid."
Sobitusprobleemi klassikalise lahenduse leidmiseks peab Alice saatma Bobile teabehulga, mis on võrdeline kuulide arvu ruutjuurega. Kuid kvantteabe ebaharilik olemus võimaldab efektiivsemat lahendust.
Uues töös kasutatud laboriringis suhtlevad Alice ja Bob laserimpulsside abil. Iga impulss tähistab ühte palli. Impulsid läbivad kiirte jagaja, mis saadab poole igast pulsist Alice'ile ja Bobile. Kui impulss jõuab Alice'ini, saab ta laserimpulsi faasi nihutada, et kodeerida iga kuuli kohta teave - sõltuvalt selle värvusest, punasest või sinisest.
Vahepeal kodeerib Bob teavet pallide paaride kohta, mis teda huvitavad ja lasevad enda poole laserimpulsse. Seejärel lähenevad impulsid teise tala splitterisse, kus nad üksteist segavad. Impulsside tekitatud interferentsimuster kajastab erinevusi iga impulsi faaside nihutamises. Bob saab häirete mustrit lugeda lähimast footonidetektorist.
Kuni hetkeni, mil Bob Alice'i lasersõnumit "loeb", on Alice kvantsõnum võimeline vastama mis tahes küsimustele mis tahes paari kohta. Kuid kvantteate lugemise protsess hävitab selle ja Bob saab teavet ainult ühe kuulide paari kohta.
See kvantteabe omadus - et seda saab lugeda mitmel viisil, kuid lõpuks loeb seda ainult üks - vähendab oluliselt teabe hulka, mida on võimalik edastada, et lahendada proovide sobitamise probleem. Kui Alice peab saatma Bobile 100 klassikalist bitti, et ta saaks tema küsimusele vastata, saab naine sama ülesande teha umbes 10 kvbitti või kvantbittiga.
See on tõestus põhimõttest, mida peate tõelise kvantvõrgu loomiseks, ütles Colorado Boulderis asuva JILA füüsik Graham Smith.
Uus eksperiment on selge triumf klassikaliste meetodite üle. Teadlased alustasid eksperimenti, teades täpselt, kui palju teavet on vaja probleemi lahendamiseks klassikalisel viisil edasi anda. Siis näitasid nad veenvalt, et kvantriistad suudavad selle kompaktsemalt lahendada.
See tulemus viitab ka alternatiivsele teele arvutiteaduse pikaajalise eesmärgini: tõestada, et kvantarvutid on paremad kui klassikalised arvutid.
Ilja Khel
