"Kuantum" di sini dan sekarang (bagian 3)
Dalam artikel sebelumnya, saya secara singkat berbicara tentang premis dalam pengembangan fisika kuantum dan ilmu komputer , yang menyebabkan munculnya informasi kuantum dan komputasi kuantum. Hari ini, saya ingin mempertimbangkan dengan cara ini arah lain yang memberikan kontribusi signifikan: teori informasi .Teori informasi.
Di usia 40-an. Bersamaan dengan perkembangan ilmu komputer, perubahan mendasar terjadi dalam pemahaman konsep komunikasi. Pada 1948, Claude Shannonmenerbitkan beberapa karya luar biasa, yang meletakkan dasar teori modern tentang informasi dan komunikasi. Kemungkinan besar, langkah paling penting yang dibuat oleh Shannon adalah bahwa ia memperkenalkan definisi matematis dari konsep informasi. Jadi cobalah untuk berpikir, berdasarkan pertimbangan filistin yang paling sederhana, pada pertanyaan berikut: bagaimana Anda akan mendekati definisi matematika dari konsep "sumber informasi?" Di dunia pada waktu itu beberapa solusi untuk masalah ini muncul, tetapi jawaban Shannon adalah yang paling berhasil dalam hal meningkatkan pemahaman. Penggunaannya menyebabkan sejumlah hasil serius tertentu, dan penciptaan teori yang memadai mencerminkan banyak masalah komunikasi nyata.Shannon tertarik pada dua masalah utama yang secara langsung terkait dengan pertukaran informasi melalui saluran komunikasi. Pertama, sumber daya apa yang diperlukan untuk mengirimkan informasi melalui saluran? Kedua, dapatkah informasi ditransmisikan sedemikian rupa agar terlindung dari kebisingan di saluran komunikasi? Dan dia menjawab kedua pertanyaan ini, membuktikan dua teorema mendasar. Yang pertama adalah teorema pengkodean untuk saluran bebas noise , yang menentukan jumlah sumber daya fisik yang diperlukan untuk menyimpan output dari sumber informasi. Yang kedua adalah teorema coding suara.- menunjukkan jumlah informasi yang dapat ditransmisikan secara andal melalui saluran dengan adanya noise. Shannon telah menunjukkan bahwa kode koreksi kesalahan dimungkinkan untuk mencapai transmisi yang andal di tengah kebisingan. Teorema Shannon untuk saluran dengan noise menetapkan batas atas pada perlindungan informasi yang diberikan oleh kode tersebut. Sayangnya, teorema ini tidak memberikan bentuk kode eksplisit yang membantu untuk mencapai batas ini dalam praktiknya. Namun, ada teori rumit yang memungkinkan Anda untuk mengembangkan kode yang baik yang memperbaiki kesalahan. Kode semacam itu banyak digunakan, misalnya, dalam modem komputer dan sistem komunikasi satelit.Teori Informasi Quantum.
Teori informasi kuantum dikembangkan dengan cara yang kira-kira sama. Pada tahun 1995, Ben Schumacher membuktikan analog teorema Shannon tentang pengkodean tanpa adanya noise, sepanjang jalan mendefinisikan bit kuantum (qubit) sebagai sumber fisik nyata. Tetapi, perlu dicatat bahwa masih belum ada analogi teorema pengkodean Shannon untuk saluran dengan noise sebagaimana diterapkan pada informatika kuantum. Meskipun demikian, teori koreksi kesalahan kuantum dikembangkan, yang memungkinkan komputer kuantum untuk secara efisien melakukan perhitungan di hadapan kebisingan, serta mentransmisikan informasi dengan andal.Gagasan klasik koreksi kesalahan ternyata sangat penting dan berguna dalam pengembangan dan pemahaman kode untuk mengoreksi kuantum. Pada 1996, bekerja secara mandiri Robert Culderbank dengan Peter Shore danAndrew Steen menemukan kelas kode kuantum yang penting, yang sekarang disebut kode CSS berdasarkan huruf pertama dari nama keluarga mereka. Kemudian, kode-kode ini dikategorikan sebagai kode symplectic, atau stabilizing. Penemuan ini sangat bergantung pada ide-ide teori klasik pengkodean linier, yang secara signifikan berkontribusi pada pemahaman cepat kode untuk memperbaiki kesalahan kuantum dan penggunaannya lebih lanjut di bidang komputasi kuantum dan informasi kuantum.Teori ini dikembangkan dengan tujuan melindungi keadaan kuantum dari kebisingan, tetapi bagaimana dengan transmisi informasi klasik melalui saluran kuantum? Apakah efektif sama sekali, dan jika demikian, berapa banyak? Dan di sini beberapa kejutan menunggu. Pada 1992, Charles Bennet dan Steve WisnerMereka menjelaskan kepada dunia bagaimana mengirimkan dua bit informasi klasik dengan mengirimkan hanya satu qubit. Ini disebut pengkodean super padat.Semakin banyak pertanyaan dan, karenanya, yang lebih menarik adalah hasil di bidang komputasi kuantum terdistribusi. Bayangkan Anda memiliki dua komputer yang terhubung ke jaringan tempat beberapa tugas diselesaikan. Berapa banyak transmisi jaringan yang diperlukan untuk menyelesaikannya? Jawaban atas pertanyaan ini tidak begitu penting, sesuatu yang lain penting. Belum lama ini ditunjukkan bahwa untuk sistem kuantum seperti itu mungkin membutuhkan waktu yang lebih sedikit secara eksponensial untuk menyelesaikan masalah daripada komputer jaringan klasik. Ini jelas merupakan hasil yang sangat signifikan, tetapi ada satu kelemahan - sayangnya, tugas-tugas ini tidak begitu menarik dalam kondisi nyata.Teori informasi kuantum jaringan.
Teori klasik informasi dimulai dengan studi tentang sifat-sifat saluran komunikasi tunggal, sementara dalam praktiknya kita sering berurusan dengan jaringan banyak saluran, dan bukan dengan satu. Sifat-sifat jaringan tersebut dipelajari oleh teori informasi jaringan, yang telah berkembang menjadi ilmu yang luas dan kompleks.Teori informasi jaringan kuantum, sebaliknya, hanya dalam masa pertumbuhan. Sejauh ini, kita hanya tahu sangat sedikit tentang kemungkinan transmisi di jaringan kuantum, belum lagi yang lainnya. Dalam beberapa tahun terakhir, sejumlah besar hasil dan perkembangan telah diperoleh, beberapa jaringan kuantum bahkan telah dibuat, tetapi teori jaringan terpadu untuk saluran kuantum belum ada. Dan di sini sekali lagi semuanya bertumpu pada properti yang bertentangan dengan intuisi, menggambarkan sifat aneh dari informasi kuantum.Kesimpulan
Dengan demikian, kita dapat merangkum hasil berikut: semuanya sama sekali tidak mulus dalam teori informasi kuantum yang ada dan masih banyak yang harus dikerjakan secara menyeluruh. Pertanyaan kunci tetap menjadi bukti teorema yang mirip dengan teorema pengkodean Shannon untuk saluran dengan noise. Selain itu, perlu untuk mencari masalah-masalah praktis yang penting yang komputasi kuantum terdistribusi memiliki keunggulan signifikan dibandingkan yang klasik didistribusikan. Yah, dan seperti yang saya katakan, perlu untuk membuat teori kuantum jaringan informasi yang terpadu, karena kami masih berharap untuk menciptakan semacam jaringan kuantum global yang kurang lebih global. Semua ini adalah bidang penelitian terpenting di bidang ini. Source: https://habr.com/ru/post/id386007/
All Articles