Teoria de la informació quàntica

Polyak va publicar un article en el qual apareix per primera vegada aquest terme: teoria de la informació quàntica. Al juny, aquesta una de les branques més populars de la física teòrica va celebrar un doble aniversari: el 40è aniversari de la seva existència i el 90è aniversari del naixement del seu més gran. L'any 1975, el prof. Roman S. Ingarden de l'Institut de Física de la Universitat Nicolaus Copèrnic de Torun va publicar el seu treball "Teoria de la informació quàntica".

Roman S. Ingarden

Aquest treball va proporcionar el primer esquema de l'estructura sistemàtica de la teoria de la informació quàntica, que ara és una de les àrees "més candides" de la física. Molta gent va ser present al seu naixement. Al tombant dels anys 60 i 70, sota la direcció del prof. Ingarden del Departament de Física Matemàtica de la Universitat Nicolaus Copernicus de Toruń va dur a terme investigacions sobre la relació entre la teoria de la informació i altres teories bàsiques de la física moderna. En aquella època es van crear molts treballs científics en els quals s'estudiaven els patrons de flux d'informació en processos termodinàmics i quàntics. “En aquells anys era un enfocament extremadament innovador, una mena d'extravagància intel·lectual, equilibrant-se a la frontera entre la física i la filosofia. Tenia una petita multitud de seguidors al món que sovint visitaven el nostre institut per treballar directament amb l'equip del professor Ingarden? ? diu el prof. Andrzej Jamiolkowski de l'Institut de Física de la Universitat Nicolaus Copernicus. Va ser llavors quan es van introduir en la física teòrica els conceptes del generador evolutiu de Lindblad-Kossakowski i l'isomorfisme de Jamiolkowski, que s'utilitzen habitualment avui en dia. prof. Ingarden va resultar ser precís quant a la importància fonamental del concepte d'informació en física.

A la dècada de 90, gràcies al ràpid desenvolupament de les tècniques experimentals en física quàntica, es van fer els primers experiments utilitzant objectes quàntics com els fotons per emmagatzemar i transmetre informació. Aquesta experiència va obrir el camí per al desenvolupament de noves tecnologies de comunicació quàntica altament eficients. Els resultats van despertar un gran interès en el món de la ciència i la tecnologia. La teoria de la informació quàntica s'ha convertit en una branca plena i extremadament de moda de la física moderna. Actualment, s'estan estudiant temes relacionats amb la informació quàntica en centres científics d'arreu del món; aquesta és una de les àrees de la física més populars i en desenvolupament dinàmic, que té un gran futur.

Els ordinadors moderns funcionen segons les lleis de la física clàssica. Tanmateix, els circuits electrònics s'estan tornant tan petits que aviat notareu efectes característics del món quàntic. Aleshores, el propi procés de miniaturització ens obligarà a canviar les regles del joc de les clàssiques a les quàntiques, explica les perspectives del desenvolupament de la computació quàntica, el doctor Milosz Michalski, del Departament de Física Teòrica de l'Institut de Física de la Universitat Nicolaus Copernicus. . . La informació quàntica té moltes propietats no intuïtives, per exemple, no es pot copiar, mentre que copiar la informació clàssica no és problemàtica. També s'ha sabut recentment que la informació quàntica pot ser negativa, la qual cosa és especialment sorprenent, perquè normalment esperem que un sistema, després d'haver rebut una informació, en contingui més. Tanmateix, la propietat més destacable, des d'un punt de vista humà clàssic, i alhora potencialment molt útil dels estats quàntics com a portadors d'informació quàntica és la capacitat de crear superposicions d'estats a partir d'ells.

Els ordinadors moderns operen amb bits clàssics, que en un moment donat només poden estar en un dels dos estats, anomenats convencionalment "0" i "1". Els bits quàntics són diferents: poden existir en qualsevol barreja (superposició) d'estats i només quan els llegim els valors prenen el valor "0" o "1". La diferència es pot veure a mesura que augmenta la quantitat d'informació processada. Un ordinador clàssic de 10 bits només pot processar un dels 1024 (2^10) estats d'aquest registre en un sol pas, però un ordinador de bits quàntics els pot processar tots? també en un sol pas.

Augmentar el nombre de bits quàntics, per exemple, fins a 100, obrirà la possibilitat de processar més de mil milions de milions de milions d'estats en un sol cicle. Així, un ordinador que funcioni amb prou bits quàntics podria implementar certs algorismes per processar dades quàntiques, com els que tracten de factoritzar grans nombres naturals en factors primers, en molt poc temps. En lloc de calcular milions d'anys, el resultat estarà llest en poques hores o fins i tot minuts.

La informació quàntica ja ha trobat la seva primera aplicació comercial. Els dispositius de criptografia quàntica, mètodes de xifratge de dades en què les lleis quàntiques de processament de la informació garanteixen la total confidencialitat del contingut intercanviat, estan disponibles al mercat des de fa diversos anys. De moment, alguns bancs utilitzen el xifratge quàntic, en el futur la tecnologia segurament es trencarà i permetrà, per exemple, transaccions totalment segures en caixers automàtics o connexions a Internet. “Reports on Mathematical Physics” publicat dos cops al mes, on els treballs pioners del Prof. Ingarden Quantum Information Theory, és una de les dues publicacions periòdiques publicades pel Departament de Física Matemàtica de l'Institut de Física de la Universitat Nicolaus Copernicus; l'altre és "Sistemes oberts i dinàmica de la informació". Ambdues revistes estan incloses a la llista Thomson Scientific Master Journal de les revistes científiques més influents de Filadèlfia. A més, Open Systems and Information Dynamics es troba entre el grup de quatre (de 60) revistes científiques poloneses amb les puntuacions més altes al rànquing del Ministeri de Ciència i Educació Superior. (material basat en un comunicat de premsa del Laboratori Nacional de Tecnologies Quàntiques i l'Institut de Física de la Universitat Nicolaus Copèrnic de Toruń)