🤹🏻 👨🏽 ⏹️ "क्वांटम" यहाँ और अभी (भाग 3) ↙️ 👩🏻‍🍳 🌚

पिछले लेखों में, मैंने क्वांटम भौतिकी और कंप्यूटर विज्ञान के विकास में परिसर के बारे में संक्षेप में बात की , जिसके कारण क्वांटम जानकारी और क्वांटम कंप्यूटिंग का उद्भव हुआ। आज, मैं इस तरह से एक और दिशा पर विचार करना चाहता था जिसने एक महत्वपूर्ण योगदान दिया: सूचना सिद्धांत ।

सूचना सिद्धांत।

40 के दशक में। इसके साथ ही कंप्यूटर विज्ञान के विकास के साथ, संचार की अवधारणा को समझने में मूलभूत परिवर्तन हुए। 1948 में, क्लॉड शैननकई उत्कृष्ट कार्यों को प्रकाशित किया, जिन्होंने सूचना और संचार के आधुनिक सिद्धांत की नींव रखी। सबसे अधिक संभावना है, शैनन द्वारा बनाया गया सबसे महत्वपूर्ण कदम यह था कि उन्होंने सूचना की अवधारणा की गणितीय परिभाषा पेश की। तो सोचने की कोशिश करें, निम्नलिखित प्रश्न पर सबसे सरल, परोपकारी विचारों के आधार पर: आप "सूचना के स्रोत" की अवधारणा की गणितीय परिभाषा से कैसे संपर्क करेंगे? उस समय दुनिया में इस मुद्दे के कई समाधान दिखाई दिए, लेकिन समझ में सुधार के मामले में शैनन का जवाब सबसे फलदायी था। इसके उपयोग से कई गंभीर परिणाम सामने आए और एक ऐसे सिद्धांत का निर्माण हुआ जो पर्याप्त रूप से कई वास्तविक संचार समस्याओं को पर्याप्त रूप से दर्शाता है।
शैनन को दो प्रमुख मुद्दों में दिलचस्पी थी, जो सीधे संचार चैनल पर सूचना के आदान-प्रदान से संबंधित हैं। सबसे पहले, किसी चैनल पर सूचना प्रसारित करने के लिए किन संसाधनों की आवश्यकता होती है? दूसरे, क्या संचार चैनल में शोर से बचाव के लिए इस तरह से सूचना प्रसारित की जा सकती है? और उन्होंने दो मौलिक प्रमेयों को साबित करते हुए इन दोनों सवालों के जवाब दिए। पहले एक शोर - मुक्त चैनल के लिए कोडिंग प्रमेय है , जो एक सूचना स्रोत के उत्पादन को संग्रहीत करने के लिए आवश्यक भौतिक संसाधनों की मात्रा निर्धारित करता है। दूसरा एक शोर कोडिंग प्रमेय है।- शोर की उपस्थिति में चैनल पर विश्वसनीय रूप से प्रसारित होने वाली जानकारी की मात्रा को दर्शाता है। शैनन ने दिखाया है कि शोर की उपस्थिति में विश्वसनीय संचरण प्राप्त करने के लिए त्रुटि सुधार कोड संभव है। शोर के साथ एक चैनल के लिए शैनन का प्रमेय ऐसे कोड द्वारा प्रदान की गई जानकारी की सुरक्षा पर एक ऊपरी सीमा निर्धारित करता है। दुर्भाग्य से, प्रमेय कोड का एक स्पष्ट रूप नहीं देता है जो अभ्यास में इस सीमा तक पहुंचने में मदद करता है। हालांकि, एक जटिल सिद्धांत है जो आपको अच्छे कोड को विकसित करने की अनुमति देता है जो त्रुटियों को ठीक करता है। इस तरह के कोड व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं, उदाहरण के लिए, कंप्यूटर मॉडेम और उपग्रह संचार प्रणालियों में।

क्वांटम सूचना सिद्धांत।

सूचना का क्वांटम सिद्धांत लगभग उसी तरह से विकसित हुआ। 1995 में, बेन शूमाकर ने शोरॉन की अनुपस्थिति में कोडिंग पर शैनन के प्रमेय के एक एनालॉग को साबित किया, साथ ही एक वास्तविक भौतिक संसाधन के रूप में एक क्वांटम बिट (qubit) को परिभाषित किया। लेकिन, यह ध्यान देने योग्य है कि क्वांटम सूचना विज्ञान के लिए लागू शोर वाले चैनल के लिए शैनन के कोडिंग प्रमेय का कोई एनालॉग अभी भी नहीं है। इसके बावजूद, क्वांटम त्रुटियों के सुधार का एक सिद्धांत विकसित किया गया था, जो क्वांटम कंप्यूटरों को शोर की उपस्थिति में गणनाओं को कुशलतापूर्वक करने की अनुमति देता है, साथ ही साथ विश्वसनीय रूप से सूचना प्रसारित करता है।
क्वांटम लोगों को सही करने के लिए कोड के विकास और समझ में त्रुटि सुधार के शास्त्रीय विचार बहुत महत्वपूर्ण और उपयोगी थे। 1996 में, पीटर शोर के साथ रॉबर्ट कुलडरबैंक और स्वतंत्र रूप से काम कियाएंड्रयू स्टीन ने क्वांटम कोड की एक महत्वपूर्ण श्रेणी की खोज की, जिसे अब उनके उपनामों के पहले अक्षरों के आधार पर सीएसएस कोड कहा जाता है। बाद में, इन कोडों को सहानुभूति, या स्थिर, कोड के रूप में वर्गीकृत किया गया था। इन खोजों ने रेखीय कोडिंग के शास्त्रीय सिद्धांत के विचारों पर बहुत अधिक भरोसा किया, जिसने क्वांटम त्रुटियों को सही करने और क्वांटम कंप्यूटिंग और क्वांटम जानकारी के क्षेत्र में उनके आगे उपयोग के लिए कोड की त्वरित समझ में महत्वपूर्ण योगदान दिया।
इस सिद्धांत को क्वांटम राज्यों को शोर से बचाने के उद्देश्य से विकसित किया गया था, लेकिन एक क्वांटम चैनल के माध्यम से शास्त्रीय जानकारी के प्रसारण के बारे में क्या? क्या यह बिल्कुल प्रभावी है, और यदि हां, तो कितना? और यहाँ कुछ आश्चर्य की प्रतीक्षा है। 1992 में, चार्ल्स बेनेट और स्टीव विस्नरउन्होंने दुनिया को समझाया कि कैसे केवल एक qubit संचारित करके दो शास्त्रीय बिट्स को सूचना प्रसारित किया जाए। इसे सुपर डेंस कोडिंग कहा गया है।
इससे भी अधिक प्रश्न और, तदनुसार, अधिक दिलचस्प वितरित क्वांटम कंप्यूटिंग के क्षेत्र में परिणाम हैं। कल्पना करें कि आपके पास एक नेटवर्क से जुड़े दो कंप्यूटर हैं जिन पर कुछ कार्य हल किया गया है। इसे हल करने में कितने नेटवर्क ट्रांसमिशन लगेंगे? इस सवाल का जवाब इतना महत्वपूर्ण नहीं है, कुछ और महत्वपूर्ण है। ऐसा नहीं है कि बहुत पहले दिखाया गया था कि इस तरह की क्वांटम प्रणाली के लिए शास्त्रीय नेटवर्क कंप्यूटरों की तुलना में समस्या को हल करने में काफी कम समय लग सकता है। यह निश्चित रूप से एक बहुत महत्वपूर्ण परिणाम है, लेकिन एक कमी है - दुर्भाग्य से, ये कार्य वास्तविक परिस्थितियों में विशेष रुचि नहीं हैं।

नेटवर्क क्वांटम सूचना सिद्धांत।

सूचना का शास्त्रीय सिद्धांत एक एकल संचार चैनल के गुणों के अध्ययन से शुरू होता है, जबकि व्यवहार में हम अक्सर कई चैनलों के नेटवर्क के साथ सौदा करते हैं, और एक के साथ नहीं। बस ऐसे नेटवर्क के गुणों का अध्ययन सूचना के नेटवर्क सिद्धांत द्वारा किया जाता है, जो एक व्यापक और जटिल विज्ञान में विकसित हुआ है।
जानकारी का नेटवर्क क्वांटम सिद्धांत, इसके विपरीत, केवल अपनी प्रारंभिक अवस्था में है। अब तक, हम केवल क्वांटम नेटवर्क में संचरण की संभावनाओं के बारे में बहुत कम जानते हैं, बाकी सब का उल्लेख नहीं करते हैं। हाल के वर्षों में, बड़ी संख्या में परिणाम और विकास प्राप्त हुए हैं, कुछ क्वांटम नेटवर्क भी बनाए गए हैं, लेकिन क्वांटम चैनलों के लिए एकीकृत नेटवर्क सिद्धांत अभी तक मौजूद नहीं है। और यहाँ फिर से सब कुछ अंतर्ज्ञान के विरोधाभासी गुणों पर टिकी हुई है, क्वांटम जानकारी के अजीब प्रकृति का चित्रण।

निष्कर्ष

इस प्रकार, हम निम्नलिखित परिणाम को संक्षेप में प्रस्तुत कर सकते हैं: मौजूदा क्वांटम सूचना सिद्धांत में सब कुछ बिल्कुल भी सहज नहीं है और अभी भी पूरी तरह से काम करना बाकी है। मुख्य प्रश्न शोर के साथ एक चैनल के लिए शैनन के कोडिंग प्रमेय के समान एक प्रमेय का प्रमाण बना हुआ है। इसके अलावा, व्यावहारिक रूप से महत्वपूर्ण समस्याओं की खोज करना आवश्यक है जिसके लिए वितरित क्वांटम कंप्यूटिंग का वितरित शास्त्रीय लोगों पर एक महत्वपूर्ण लाभ है। ठीक है, और जैसा कि मैंने कहा, सूचना का एक एकीकृत नेटवर्क क्वांटम सिद्धांत बनाना आवश्यक है, क्योंकि हम अभी भी कुछ प्रकार के कम या ज्यादा वैश्विक क्वांटम नेटवर्क बनाने की उम्मीद करते हैं। यह सब इस क्षेत्र में अनुसंधान का सबसे महत्वपूर्ण क्षेत्र है।

"क्वांटम" यहाँ और अभी (भाग 3)

सूचना सिद्धांत।

क्वांटम सूचना सिद्धांत।

नेटवर्क क्वांटम सूचना सिद्धांत।

निष्कर्ष

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