«Квант» Здесь И Сейчас (Часть 1)

Думаю, эта тема может быть интересна многим людям, ведь в последнее время она стала достаточно популярной, а главное актуальной.

Ну и чтобы не разглагольствовать зря, сразу укажу направление своих рассказов.

Основными темами моих рассуждений и, в идеале, дискуссий с вами, я бы хотел обозначить такие направления, как квантовая связь И квантовые вычисления .

Но прежде чем обсуждать подобные вещи, мне хотелось бы получить от вас некоторую информацию о том, с чего лично вы хотели бы начать.

По моему мнению, любой разговор о квантовых вещах любого рода должен начинаться с изложения основных постулатов.

квантовая физика , но не в том виде, как его часто преподносят в российских школах и университетах, а несколько в ином, более интуитивном виде.

Все, что от вас требуется, на мой взгляд, это исключительно воображение и наличие хоть каких-то представлений об окружающем мире, ну и, конечно же, хоть какая-то построенная тем или иным образом логика не помешает.

Однако у меня нет ни малейшего сомнения, что читатели этого портала все это с интересом воспримут.

Итак, давайте начнем.

Актуальность.

Но я бы все же предпочел начать не совсем с этого.

Прежде всего, хотелось бы поднять вопрос актуальности.

Зачем все это вообще необходимо? Какие-то квантовые коммуникации, квантовые вычисления, блин, они трижды ошибаются, как будто классические уже не подходят.

Что это? Почему это? Почему современное общество уделяет этому такое большое внимание? Ответ безумно прост – ажиотаж вокруг квантовых вещей вызван двумя основными преимуществами: гораздо более высокой скоростью при высочайшей вычислительной мощности и, конечно же, абсолютной секретностью и сохранностью ваших личных данных.

И, надо отметить, значительная часть интереса современного мирового сообщества вызвана именно возможностью оставить свои данные непрочитанными, абсолютно секретно .

И здесь речь идет вовсе не о какой-то секретности, обусловленной якобы недостаточной мощностью современных устройств, а скорее о фундаментальной, абсолютной секретности, вытекающей из фундаментальных принципов квантовой механики.

Это открывает перед их владельцем радикально новые возможности, неподвластные «простым смертным».

Но, надо отметить, все далеко не так просто, этот вопрос – не более чем палка о двух концах, собственно, как и все в этом мире.

Начиная отсюда, можно проследить, как квантовая механика вписывается в наши рассуждения.

Уже здесь мы сталкиваемся с таким понятием, как суперпозиция .

В данном случае это суперпозиция добра и зла.

Конечно, это абсолютно философский вопрос, но здесь я вынужден отметить, что физика и философия всегда были неразрывно связаны друг с другом.

Итак, вернемся, пожалуй, к суперпозиции.

Конечно, абсолютная конфиденциальность – мечта многих людей в этом мире, кроме того, многие компании, если не все, структуры и банки, связанные с армией, готовы продать чуть ли не душу за невозможность взлома их данных.

И здесь я предлагаю задуматься вот над чем: так ли хороша абсолютная секретность, как кажется на первый взгляд? Я оставлю этот вопрос исключительно на ваше рассмотрение и предлагаю каждому самому решить, как к этому относиться.

Я хотел бы обратить ваше внимание на то, что лично я подхожу к этому вопросу исключительно с точки зрения ученого-исследователя, и мне хотелось бы когда-нибудь достичь понимания, пусть и в теории, как это должно работать и как вообще прийти к заменить привычные для нас существующие.

Системы связи являются квантовыми.

И поэтому в дальнейшем своем повествовании я буду придерживаться этой точки зрения, пожалуй, подчеркну Может быть , периодически уходя в сторону философских размышлений, но постараюсь прибегать к этому как можно реже.

Предыстория квантовой механики.

Также не забывайте о квантовых вычислениях.

Им я хотел бы посвятить первую часть своих статей, осветив основные понятия квантовой информатики вперемешку с необходимыми математическими знаниями.

Я постараюсь сделать эту презентацию максимально доступной, чтобы вся информация была доступна даже людям без какой-либо подготовки в области информатики и физики.

Можно задать резонный вопрос – зачем это нужно и какая от этого польза? Постараюсь кратко ответить на возникшие вопросы.

Области квантовой информации и квантовых вычислений изучают задачи обработки информации, которые, как вы можете догадаться, могут быть реализованы и выполнены с использованием квантово-механических схем.

Логично и просто, правда? Но, как обычно бывает в истории развития науки, прошло довольно много времени, прежде чем учёные пришли к этому.

Чтобы понять, почему все было именно так, было бы полезно рассмотреть каждую из областей, которые способствовали развитию этого направления: информатику, квантовую механику, теорию информации, линейную алгебру и, конечно же, криптографию.

Сделать это будет достаточно сложно, но я постараюсь представить это максимально интересно и увлекательно.

Все началось с того, что в конце XIX века в физике возник существенный кризис идей, приведший к большому количеству парадоксов.

Ввиду сложившейся ситуации необходимо было найти какое-то решение этой проблемы.

Первоначально это было введение в классическую физику отдельных специальных гипотез, но с улучшением понимания многих свойств атомов и излучения к 20-м годам 20 века накопилась необходимая критическая масса знаний для создания новой теории.

Это стала квантовая механика, которую успешно использовали для описания всевозможных объектов и явлений.

Так что же такое квантовая механика? Квантовая механика — это не что иное, как математический аппарат, используемый для построения физической теории.

Грубо говоря, это своего рода костыль, необходимый для построения красивой и стройной теории.

Ее принципы довольно просты, но даже ведущие эксперты находят их противоречащими обычной человеческой интуиции.

Об этом свидетельствуют мнения многих основателей этого направления, которые так и не смогли полностью смириться с тем, что они придумали.

Истоки квантовой информации и квантовых вычислений при желании можно увидеть именно в стремлении физиков лучше понять квантовую механику и адаптировать ее предсказания к человеческой интуиции.

Просто одна из задач этого направления — поиск инструментов, которые помогли бы сделать понимание квантовой механики более интуитивным, а не противоречить нашим традиционным представлениям о мире.

Нам с вами это сделать гораздо сложнее, потому что со школы у нас стало гораздо более приблизительное и уже достаточно устаревшее представление о мире, и в идеале мы должны с самого начала стараться строить логику по-другому, лично я вижу решение в этом.

Например, в начале 80-х гг.

Ученые начали задаваться вопросом, можно ли использовать квантовые эффекты для передачи сигнала со скоростью, превышающей скорость света, вопреки теории Эйнштейна.

Решение этой проблемы сводилось к тому, что нужно было понять, можно ли скопировать неизвестное квантовое состояние.

Если бы это оказалось вполне возможным, то можно было бы передавать информацию гораздо быстрее скорости света.

Вот когда оно появилось теорема о невозможности клонирования .

Для классической информации копирование — достаточно простая и распространенная операция, тогда как в квантовой механике в общем случае это оказывается невозможным.

Кроме того, значительный вклад в это направление внесло еще одно направление исследований, появившееся в 70-е годы.

заинтересованность в получении полный контроль над одиночными квантовыми системами .

До этого контроль обычно проводился над объемными образцами, содержащими огромное количество квантово-механических систем, и ни к одной из них не было прямого доступа.

Здесь на помощь учёным пришли ускорители частиц, которые помогли им получить ограниченный доступ к этому самому пресловутому управлению отдельными системами, но всё равно оно было неполным.

Для управления одиночными квантовомеханическими системами впоследствии было разработано большое количество методов, позволивших изучить многие новые аспекты поведения таких систем.

Так зачем же все эти доработки и ухищрения в сторону достижения контроля над такими системами? Если отбросить различные технологические причины и оставить исключительно научные, то ответ будет до смешного прост – исследователи исходили из интуитивных соображений.

В науке многие значимые открытия часто совершаются тогда, когда накоплена достаточная масса результатов в новой области исследований.

Так что сейчас мы делаем только первые шаги в освоении этого, но уже успели получить интересные и неожиданные результаты.

Так чего же нам ожидать, когда мы, наконец, научимся полностью управлять отдельными квантово-механическими системами и перенесем эти алгоритмы и понимание на управление ансамблями таких систем?

Именно направление квантовых вычислений и квантовой теории информации подталкивает нас к поиску новых способов управления этими системами и поиску возможностей применения полученных знаний.

И, к сожалению, несмотря на все усилия и популярность этого направления, результаты, которые мы имеем сегодня, весьма скудны.

Современная технология представлена лишь небольшими квантовыми компьютерами с ограниченным числом квантовых битов ( кубиты ), а также некоторые оптические квантовые схемы.

Существуют даже реализации квантовых криптографических систем, способных передавать данные на большие расстояния с абсолютной секретностью, но на данный момент это лишь прототипы необходимых систем.

Однако даже они теперь могут оказаться весьма полезными в некоторых практических специализированных приложениях.

Заключение.

Вернемся к первоначальным вопросам.

Что нас ждет в будущем? Что такого особенного могут предложить квантовые вычисления и квантовая информация науке, технологиям и всему человечеству? Какие основные проблемы необходимо решить? Квантовые вычисления и квантовая информация научили нас думать о вычислениях физически, что привело нас к открытию огромного количества новых возможностей в области коммуникации и обработки информации.

Конечно, эти направления ставят перед физиками и инженерами немало задач, и не совсем понятно, к чему это приведет в долгосрочной перспективе.

Квантовые вычисления и квантовая информация открывают новые возможности, которые позволяют нам двигаться от простого к более сложному.

Кроме того, идеи этих направлений позволяют сформировать новые взгляды на физику, что тоже немаловажно.

В предлагаемой статье довольно кратко и кратко были рассмотрены некоторые ключевые цели и мотивации, лежащие в основе этих интересующих нас областей.

Кроме того, я попытался сделать очень краткий исторический экскурс в физику, показав часть предпосылок, которые привели к появлению квантовых вычислений и квантовой теории информации.

Помимо физики не мешало бы рассмотреть, как я уже сказал, историю развития информатики, теории информации и криптографии.

Все это я оставлю для будущих статей, если это вызовет у кого-то интерес.

И это, пожалуй, все на сегодня.

Спасибо за внимание! Теги: #Квантовые технологии #Популярная наука #квантовые вычисления #Будущее здесь #физика #квантовая криптография #квантовая связь

Последнее изменение: 2024-12-19 05:12:58

Вместе с данным постом часто просматривают: