Kvantové počítače sú stále snom, ale nastalo obdobie kvantovej komunikácie. Nový experiment, ktorý sa uskutočnil v Paríži, prvýkrát ukázal, že kvantová komunikácia je nadradená klasickým metódam prenosu informácií.
„Boli sme prví, ktorí demonštrovali kvantovú výhodu pri oznamovaní informácií, ktoré dve strany potrebujú na splnenie úlohy,“hovorí Eleni Diamanti, elektrotechnik na Sorbonskej univerzite a spoluautor štúdie.
Očakáva sa, že kvantové stroje - ktoré používajú kvantové vlastnosti hmoty na kódovanie informácií - spôsobia revolúciu vo výpočtoch. Pokrok v tejto oblasti bol však mimoriadne pomalý. Zatiaľ čo inžinieri pracujú na vytvorení základných kvantových počítačov, teoretickí vedci čelia zásadnejšej prekážke: nepreukázali, že klasické počítače nikdy nemôžu dokončiť úlohy, pre ktoré sú kvantové počítače navrhnuté. Napríklad minulé leto chlap z Texasu dokázal, že problém, ktorý sa dlho považoval za riešiteľný iba na kvantovom počítači, sa dá rýchlo vyriešiť na klasickom počítači.
Vitajte v kvantovom veku
V oblasti komunikácií (nie výpočtovej techniky) sa však môžu potvrdiť prínosy kvantového prístupu. Pred viac ako desiatimi rokmi vedci dokázali, že prinajmenšom teoreticky je kvantová komunikácia lepšia ako klasické spôsoby zasielania správ na konkrétne úlohy.
„Ľudia sa zaoberali hlavne výpočtovými úlohami. Jednou z veľkých výhod je to, že v prípade komunikačných úloh sú výhody preukázateľné. ““
V roku 2004 Jordanis Kerenidis, spoluautor práce Diamantiho a dvaja ďalší vedci predstavili scenár, v ktorom jedna osoba potrebovala zaslať informácie druhej, aby druhá osoba mohla odpovedať na konkrétnu otázku. Vedci dokázali, že kvantový obvod dokáže splniť úlohu prenosom exponenciálne menej informácií ako klasický systém. Kvantový obvod, ktorý predstavili, bol však iba teoretický - a ďaleko za hranicou dnešnej technológie.
Propagačné video:
„Boli sme schopní potvrdiť túto kvantovú výhodu, ale bolo mimoriadne ťažké implementovať kvantový protokol,“hovorí Kerenidis.
Nová práca je upravenou verziou skriptu, ktorý predstavil Kerenidis a jeho kolegovia. Ako zvyčajne, poďme sa zamerať na dva predmety, Alice a Bob. Alice má sadu očíslovaných guličiek. Každá guľa je náhodne sfarbená na červenú alebo modrú. Bob chce vedieť, či určitý pár guličiek, náhodne vybraných, má rovnakú farbu alebo sú odlišné. Alice chce poslať Bobovi čo najmenej informácií, pričom zabezpečí, aby Bob mohol odpovedať na jeho otázku.
Tento problém sa označuje ako „problém priraďovania vzoru“. Je to nevyhnutné pre kryptografiu a digitálne meny, kde si používatelia často chcú vymieňať informácie bez toho, aby prezradili všetko, čo vedia. Dokonale demonštruje výhody kvantovej komunikácie.
Nemôžete len povedať: Chcem vám poslať film alebo niečo podobné gigabajtu a zakódovať ho do kvantového stavu a očakávať, že nájde kvantovú výhodu, hovorí Thomas Vidick, počítačový vedec v Kalifornskom technologickom inštitúte. „Musíme zvážiť jemnejšie úlohy.“
Na klasické riešenie problému zhody musí Alice poslať Bobovi množstvo informácií úmerných druhej odmocnine počtu gúľ. Neobvyklá povaha kvantovej informácie však umožňuje efektívnejšie riešenie.
V laboratórnom okruhu použitom v novej práci Alice a Bob komunikujú pomocou laserových impulzov. Každý impulz predstavuje jednu guľu. Impulzy prechádzajú rozdeľovačom lúčov, ktorý posiela polovicu každého impulzu Alice a Bobovi. Keď impulz dosiahne Alice, môže posunúť fázu laserového impulzu, aby zakódovala informácie o každej guli - v závislosti od jej farby, červenej alebo modrej.
Medzitým Bob kóduje informácie o pároch guličiek, ktoré ho zaujímajú, do svojej polovice laserových pulzov. Potom sa impulzy zbiehajú do iného splittera lúčov, kde sa vzájomne ovplyvňujú. Interferenčný obrazec produkovaný impulzmi odráža rozdiely v spôsobe posunu fáz každého impulzu. Bob vie čítať interferenčný obrazec na najbližšom detektore fotónov.
Až do okamihu, keď Bob „prečíta“Aliceho laserovú správu, je Aliceova kvantová správa schopná odpovedať na každú otázku týkajúcu sa akéhokoľvek páru. Proces čítania kvantovej správy ju však zničí a Bob dostane informácie iba o jednom páre guličiek.
Táto vlastnosť kvantovej informácie - že ju možno prečítať rôznymi spôsobmi, ale nakoniec ju dokáže prečítať iba jeden -, výrazne znižuje množstvo informácií, ktoré je možné sprostredkovať, aby sa vyriešil problém priradenia vzorky. Ak Alice potrebuje poslať Bobovi 100 klasických bitov, aby mohol odpovedať na jeho otázku, môže vykonať rovnakú úlohu s približne 10 bitmi alebo kvantovými bitmi.
Toto je dôkaz princípu, ktorý potrebujete na vytvorenie skutočnej kvantovej siete, hovorí Graham Smith, fyzik z JILA v Boulder, Colorado.
Nový experiment je jasným triumfom nad klasickými metódami. Vedci začali experiment s presným vedomím toho, koľko informácií je potrebné klasickým spôsobom prenášať, aby sa problém vyriešil. Potom presvedčivo preukázali, že kvantové nástroje to dokážu vyriešiť kompaktnejším spôsobom.
Tento výsledok tiež ponúka alternatívnu cestu k dlhodobému cieľu počítačovej vedy: dokazuje, že kvantové počítače sú nadradené klasickým počítačom.
Ilja Khel