Teoria dell'informazione quantistica

Polyak ha pubblicato l'articolo in cui compare per la prima volta il termine: teoria dell'informazione quantistica. A giugno, questa delle sezioni più seguite della fisica teorica ha celebrato un doppio anniversario: il 40° anniversario della sua esistenza e il 90° anniversario della nascita dell'anziano. Nel 1975 il prof. Roman S. Ingarden dell'Istituto di Fisica dell'Università Nicolaus Copernicus di Torun ha pubblicato il suo lavoro "Quantum Theory of Information".

Romano S. Ingarden

Questo lavoro ha presentato per la prima volta un diagramma della struttura sistematica della teoria dell'informazione quantistica, che ora è una delle aree più "calde" della fisica. Molte persone hanno assistito alla sua nascita. A cavallo tra gli anni '60 e '70, sotto la guida del prof. Ingarden presso il Dipartimento di Fisica Matematica dell'Università Nicolaus Copernicus di Toruń, sono stati condotti studi sul rapporto tra teoria dell'informazione e altre teorie di base della fisica moderna. A quel tempo furono creati molti articoli scientifici, in cui venivano studiati i modelli di movimento dell'informazione nei processi termodinamici e quantistici. “In quegli anni era un approccio estremamente innovativo, una sorta di stravaganza intellettuale, in bilico sul confine tra fisica e filosofia. Nel mondo, aveva una ristretta folla di sostenitori che spesso visitavano il nostro istituto per lavorare direttamente con la squadra del professor Ingarden? ? dice il prof. Andrzej Jamiolkowski dell'Istituto di Fisica dell'Università Nicolaus Copernicus. Fu allora che i concetti comunemente usati del generatore evolutivo Lindblad-Kossakovsky e dell'isomorfismo Yamiolkovsky furono introdotti nella fisica teorica. prof. Ingarden si è rivelato accurato per quanto riguarda l'importanza fondamentale del concetto di informazione in fisica.

Negli anni '90, a causa del rapido sviluppo dei metodi sperimentali della fisica quantistica, furono effettuati i primi esperimenti utilizzando oggetti quantistici come i fotoni per immagazzinare e trasmettere informazioni. Questa esperienza ha aperto la strada allo sviluppo di nuove tecnologie ad alte prestazioni per la comunicazione quantistica. I risultati hanno suscitato grande interesse nel mondo della scienza e della tecnologia. La teoria dell'informazione quantistica è diventata una branca a tutti gli effetti ed estremamente alla moda della fisica moderna. Attualmente, le questioni relative all'informazione quantistica sono allo studio nei centri di ricerca di tutto il mondo; questa è una delle aree della fisica più popolari e in via di sviluppo dinamico con un grande futuro.

I computer moderni funzionano secondo le leggi della fisica classica. Tuttavia, i circuiti elettronici stanno diventando così piccoli che presto noterai effetti caratteristici del mondo quantistico. Quindi lo stesso processo di miniaturizzazione ci costringerà a cambiare le regole del gioco da classico a quantistico, spiega le prospettive per lo sviluppo del calcolo quantistico, il dottor Milos Michalsky del Dipartimento di Fisica Teorica dell'Istituto di Fisica del Nicolaus Copernicus Università. . L'informazione quantistica ha molte proprietà non intuitive, come l'impossibilità di copiare, mentre la copia dell'informazione classica non è problematica. Di recente si è anche saputo che l'informazione quantistica può essere negativa, il che è particolarmente sorprendente, perché di solito ci aspettiamo che il sistema, dopo aver ricevuto una porzione di informazione, ne contenga di più. Tuttavia, la proprietà più notevole, dal punto di vista umano classico, e allo stesso tempo potenzialmente molto utile degli stati quantistici come vettori di informazioni quantistiche è la capacità di creare sovrapposizioni di stati da essi.

I computer moderni funzionano con bit classici, che in qualsiasi momento possono trovarsi solo in uno dei due stati, chiamati condizionatamente "0" e "1". I bit quantistici sono diversi: possono esistere in qualsiasi miscela (sovrapposizione) di stati e solo quando li leggiamo i valori assumono il valore "0" o "1". La differenza può essere vista con un aumento della quantità di informazioni elaborate. Un classico computer a 10 bit può elaborare solo uno dei 1024 (2^10) stati di un tale registro in un passaggio, ma un computer a bit quantistico può elaborarli tutti? anche in un solo passaggio.

L'aumento del numero di bit quantistici a, diciamo, 100 aprirà la possibilità di elaborare oltre mille miliardi di miliardi di miliardi di stati in un singolo ciclo. Pertanto, un computer funzionante con un numero sufficiente di bit quantistici potrebbe, in brevissimo tempo, implementare determinati algoritmi per l'elaborazione di dati quantistici, ad esempio quelli relativi alla fattorizzazione di grandi numeri naturali in fattori primi. Invece di calcolare milioni di anni, il risultato sarà pronto in poche ore o addirittura minuti.

L'informazione quantistica ha già trovato la sua prima applicazione commerciale. Da diversi anni sono disponibili sul mercato dispositivi di crittografia quantistica, metodi di crittografia dei dati in cui le leggi quantistiche dell'elaborazione delle informazioni garantiscono la completa riservatezza del contenuto scambiato. Al momento, la crittografia quantistica è utilizzata da alcune banche, in futuro la tecnologia molto probabilmente fallirà e consentirà, ad esempio, transazioni ATM completamente sicure o connessioni Internet. Pubblicato due volte al mese "Rapporti di Fisica Matematica", che presenta il lavoro pionieristico del prof. Ingarden Quantum Information Theory, è uno dei due periodici pubblicati dal Dipartimento di Fisica Matematica dell'Istituto di Fisica dell'Università Nicolaus Copernicus; l'altro è "Sistemi aperti e dinamiche dell'informazione". Entrambe le riviste sono nell'elenco delle riviste scientifiche più influenti del Philadelphia Thomson Scientific Master Journal. Inoltre, "Open Systems and Information Dynamics" è inclusa nel gruppo di quattro (su 60) riviste scientifiche polacche con i punteggi più alti nella classifica del Ministero della Scienza e dell'Istruzione Superiore. (Il materiale si basa su un comunicato stampa del National Laboratory of Quantum Technologies e dell'Istituto di fisica dell'Università Nicolaus Copernicus di Toruń)