ทฤษฎีข้อมูลควอนตัม

Polyak ตีพิมพ์บทความที่มีคำศัพท์ปรากฏขึ้นครั้งแรก: ทฤษฎีข้อมูลควอนตัม ในเดือนมิถุนายน หนึ่งในส่วนที่ได้รับความนิยมมากที่สุดของฟิสิกส์เชิงทฤษฎีได้ฉลองครบรอบสองครั้ง: วันครบรอบ 40 ปีของการดำรงอยู่และวันครบรอบ 90 ปีของการเกิดของผู้เฒ่า ในปี พ.ศ. 1975 Roman S. Ingarden จากสถาบันฟิสิกส์แห่งมหาวิทยาลัย Nicolaus Copernicus ในเมือง Torun ได้ตีพิมพ์ผลงานของเขาเรื่อง "Quantum Theory of Information"

Roman S. Ingarden

งานนี้เป็นครั้งแรกที่นำเสนอแผนภาพโครงสร้างที่เป็นระบบของทฤษฎีข้อมูลควอนตัม ซึ่งปัจจุบันเป็นหนึ่งในสาขาฟิสิกส์ที่ "ร้อนแรงที่สุด" หลายคนมาที่บ้านเกิดของเธอ ในช่วงเปลี่ยนผ่านของยุค 60 และ 70 ภายใต้การแนะนำของศาสตราจารย์ Ingarden ที่ภาควิชาฟิสิกส์คณิตศาสตร์ของ Nicolaus Copernicus University ในเมือง Toruń ได้ทำการศึกษาเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างทฤษฎีสารสนเทศกับทฤษฎีพื้นฐานอื่นๆ ของฟิสิกส์สมัยใหม่ ในเวลานั้นมีการสร้างเอกสารทางวิทยาศาสตร์จำนวนมากซึ่งศึกษารูปแบบของการเคลื่อนไหวของข้อมูลในกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์และควอนตัม “ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา มันเป็นแนวทางที่สร้างสรรค์อย่างยิ่ง เป็นความฟุ่มเฟือยทางปัญญาชนิดหนึ่ง ทำให้เกิดความสมดุลระหว่างฟิสิกส์และปรัชญา ในโลกนี้ เขามีผู้สนับสนุนกลุ่มเล็กๆ ที่มักจะมาเยี่ยมชมสถาบันของเราเพื่อทำงานโดยตรงกับทีมของศาสตราจารย์ Ingarden หรือไม่? ? ศาสตราจารย์กล่าว Andrzej Jamiolkowski จากสถาบันฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัย Nicolaus Copernicus ในเวลานั้นแนวคิดที่ใช้กันทั่วไปของเครื่องกำเนิดวิวัฒนาการของ Lindblad-Kossakovsky และ isomorphism ของ Yamiolkovsky ถูกนำมาใช้ในฟิสิกส์เชิงทฤษฎี ศ. Ingarden นั้นถูกต้องเกี่ยวกับความสำคัญพื้นฐานของแนวคิดของข้อมูลในวิชาฟิสิกส์

ในยุค 90 เนื่องจากวิธีการทดลองของฟิสิกส์ควอนตัมมีการพัฒนาอย่างรวดเร็ว การทดลองครั้งแรกจึงดำเนินการโดยใช้วัตถุควอนตัม เช่น โฟตอน เพื่อจัดเก็บและส่งข้อมูล ประสบการณ์นี้ปูทางไปสู่การพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ที่มีประสิทธิภาพสูงสำหรับการสื่อสารควอนตัม ผลลัพธ์ที่ได้กระตุ้นความสนใจอย่างมากในโลกของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ทฤษฎีข้อมูลควอนตัมได้กลายเป็นสาขาฟิสิกส์สมัยใหม่ที่เต็มเปี่ยมและทันสมัยมาก ปัจจุบัน กำลังศึกษาประเด็นที่เกี่ยวข้องกับข้อมูลควอนตัมในศูนย์วิจัยทั่วโลก ซึ่งเป็นสาขาวิชาฟิสิกส์ที่ได้รับความนิยมและมีการพัฒนาแบบไดนามิกมากที่สุดแห่งหนึ่งซึ่งมีอนาคตที่ดี

คอมพิวเตอร์สมัยใหม่ทำงานตามกฎของฟิสิกส์คลาสสิก อย่างไรก็ตาม วงจรอิเล็กทรอนิกส์มีขนาดเล็กมากจนคุณจะสังเกตเห็นผลกระทบที่เป็นลักษณะเฉพาะของโลกควอนตัมในไม่ช้า จากนั้นกระบวนการย่อขนาดจะบังคับให้เราเปลี่ยนกฎของเกมจากคลาสสิกเป็นควอนตัม อธิบายโอกาสในการพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัม Dr. Milos Michalsky จากภาควิชาฟิสิกส์ทฤษฎีของสถาบันฟิสิกส์ของ Nicolaus Copernicus มหาวิทยาลัย. . ข้อมูลควอนตัมมีคุณสมบัติที่ไม่เป็นธรรมชาติมากมาย เช่น ไม่สามารถคัดลอกได้ ในขณะที่การคัดลอกข้อมูลแบบดั้งเดิมไม่ได้เป็นปัญหา เมื่อเร็ว ๆ นี้ เป็นที่ทราบกันดีว่าข้อมูลควอนตัมอาจเป็นลบได้ ซึ่งน่าประหลาดใจอย่างยิ่ง เนื่องจากเรามักคาดหวังว่าระบบที่ได้รับข้อมูลบางส่วนจะมีข้อมูลมากกว่านี้ อย่างไรก็ตาม สิ่งที่น่าทึ่งที่สุด จากมุมมองของมนุษย์คลาสสิก และในขณะเดียวกัน คุณสมบัติที่อาจมีประโยชน์มากของรัฐควอนตัมในฐานะผู้ขนส่งข้อมูลควอนตัมก็คือ ความสามารถในการสร้างการซ้อนทับของรัฐจากสิ่งเหล่านี้

คอมพิวเตอร์สมัยใหม่ทำงานกับบิตแบบคลาสสิก ซึ่งเมื่อใดก็ได้สามารถอยู่ในสถานะใดสถานะหนึ่งจากสองสถานะเท่านั้น เรียกว่า "0" และ "1" แบบมีเงื่อนไข ควอนตัมบิตต่างกัน: พวกมันสามารถมีอยู่ในส่วนผสม (การซ้อน) ของรัฐ และเมื่อเราอ่านค่าเหล่านี้ ค่าจะใช้ค่า "0" หรือ "1" ความแตกต่างสามารถเห็นได้ด้วยการเพิ่มจำนวนข้อมูลที่ประมวลผล คอมพิวเตอร์ 10 บิตแบบคลาสสิกสามารถประมวลผลสถานะ 1024 (2^10) ของการลงทะเบียนดังกล่าวได้ในขั้นตอนเดียว แต่คอมพิวเตอร์ควอนตัมบิตสามารถประมวลผลได้ทั้งหมดหรือไม่ ในขั้นตอนเดียวอีกด้วย

การเพิ่มจำนวนควอนตัมบิตเป็น 100 จะทำให้มีความเป็นไปได้ในการประมวลผลกว่าพันล้านพันล้านรัฐในรอบเดียว ดังนั้น คอมพิวเตอร์ที่ทำงานด้วยจำนวนควอนตัมบิตที่เพียงพออาจใช้อัลกอริธึมบางอย่างในการประมวลผลข้อมูลควอนตัมในระยะเวลาอันสั้น เช่น ที่เกี่ยวข้องกับการแยกตัวประกอบของจำนวนธรรมชาติจำนวนมากเป็นปัจจัยเฉพาะ แทนที่จะคำนวณหลายล้านปี ผลลัพธ์จะพร้อมในเวลาเพียงไม่กี่ชั่วโมงหรือไม่กี่นาที

ข้อมูลควอนตัมพบแอปพลิเคชันเชิงพาณิชย์ตัวแรกแล้ว อุปกรณ์การเข้ารหัสควอนตัม วิธีการเข้ารหัสข้อมูลที่กฎหมายควอนตัมของการประมวลผลข้อมูลรับประกันการรักษาความลับโดยสมบูรณ์ของเนื้อหาที่แลกเปลี่ยน มีวางจำหน่ายในตลาดมาหลายปีแล้ว ในขณะนี้ ธนาคารบางแห่งใช้การเข้ารหัสควอนตัม ในอนาคตเทคโนโลยีมักจะล้มเหลวและอนุญาต เช่น การทำธุรกรรมทาง ATM หรือการเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตที่ปลอดภัยอย่างสมบูรณ์ เผยแพร่สองครั้งต่อเดือน "รายงานเกี่ยวกับคณิตศาสตร์ฟิสิกส์" ซึ่งนำเสนอผลงานบุกเบิกของศ. Ingarden Quantum Information Theory เป็นหนึ่งในสองวารสารที่ตีพิมพ์โดยภาควิชาฟิสิกส์คณิตศาสตร์ของสถาบันฟิสิกส์แห่งมหาวิทยาลัย Nicolaus Copernicus; อีกอันคือ "ระบบเปิดและพลวัตของข้อมูล" วารสารทั้งสองอยู่ในรายการวารสารวิทยาศาสตร์ที่มีอิทธิพลมากที่สุดของ Philadelphia Thomson Scientific Master Journal นอกจากนี้ "ระบบเปิดและการเปลี่ยนแปลงของข้อมูล" ยังรวมอยู่ในกลุ่มวารสารวิทยาศาสตร์โปแลนด์สี่ (จาก 60) ที่มีคะแนนสูงสุดในการจัดอันดับของกระทรวงวิทยาศาสตร์และอุดมศึกษา (เนื้อหานี้อิงจากการแถลงข่าวจาก National Laboratory of Quantum Technologies และ Institute of Physics of the Nicolaus Copernicus University ใน Toruń)