Kvantna računala još uvijek su san, ali došlo je doba kvantne komunikacije. Novi eksperiment, izveden u Parizu, prvi je put pokazao da je kvantna komunikacija superiorna klasičnim metodama prijenosa informacija.
"Bili smo prvi koji su pokazali kvantnu prednost u priopćavanju informacija koje dvije strane trebaju da bi dovršile zadatak", kaže Eleni Diamanti, inženjer elektrotehnike na Sveučilištu Sorbonne i koautorica studije.
Očekuje se da će kvantni strojevi - koji koriste kvantna svojstva tvari za kodiranje informacija - revolucionarno računati. Ali napredak na ovom području bio je vrlo spor. Dok inženjeri rade na stvaranju rudimentarnih kvantnih računala, teorijski su se znanstvenici suočili s temeljnijom preprekom: nisu uspjeli dokazati da klasična računala nikada ne mogu ispuniti zadatke za koje su kvantna računala dizajnirana. Prošlog ljeta, primjerice, momak iz Teksasa dokazao je da se problem koji se dugo vremena mogao smatrati rješivim samo na kvantnom računalu može brzo riješiti na klasičnom računalu.
Dobrodošli u kvantno doba
Međutim, u području komunikacija (a ne računanja) koristi kvantnog pristupa mogu se potvrditi. Prije više od desetljeća, znanstvenici su dokazali da je, barem u teoriji, kvantna komunikacija superiorna klasičnim načinima slanja poruka za određene zadatke.
„Ljudi su se uglavnom bavili računalnim zadacima. Jedna od velikih prednosti je ta što su, u slučaju komunikacijskih zadataka, koristi vidljive."
2004. godine, Jordanis Kerenidis, koautor djela Diamanti i dva druga znanstvenika, predstavili su scenarij u kojem je jedna osoba trebala poslati informaciju drugoj kako bi druga osoba mogla odgovoriti na određeno pitanje. Istraživači su dokazali da kvantni krug može izvršiti zadatak prijenosom eksponencijalno manje informacija od klasičnog sustava. Ali kvantni krug koji su predstavili bio je čisto teoretski - i daleko izvan tehnologije današnjice.
Promotivni video:
"Uspjeli smo potvrditi ovu kvantnu prednost, ali bilo je izuzetno teško implementirati kvantni protokol", kaže Kerenidis.
Novo djelo je modificirana verzija scenarija koji su osmislili Kerenidis i njegovi kolege. Kao i obično, okrenimo se dvije teme, Alice i Bobu. Alice ima set odbrojanih kuglica. Svaka je kuglica nasumično obojena crveno ili plavo. Bob želi znati ima li određeni par kuglica, odabranih nasumično, iste boje ili su različite. Alice želi Bobu poslati što je moguće manje informacija, a istodobno osigurava da Bob može odgovoriti na njegovo pitanje.
Taj se problem naziva "problemom podudaranja uzorka". Bitno je za kriptografiju i digitalne valute, gdje korisnici često žele razmjenjivati informacije bez otkrivanja svega što znaju. Također savršeno pokazuje prednosti kvantne komunikacije.
Ne možete jednostavno reći: Želim vam poslati film ili nešto slično gigabajta i kodirati ga u kvantno stanje, očekujući da ću pronaći kvantnu prednost, kaže Thomas Vidick, informatičar iz Kalifornijskog tehnološkog instituta. "Moramo razmotriti suptilnije zadatke."
Za klasično rješenje problema podudaranja, Alice mora Bobu poslati količinu informacija proporcionalnu kvadratnom korijenu broja kuglica. Ali neobična priroda kvantnih informacija omogućuje učinkovitije rješenje.
U laboratorijskom krugu korištenom u novom radu, Alice i Bob komuniciraju pomoću laserskih impulsa. Svaki impuls predstavlja jednu kuglu. Impulsi prolaze kroz razdjelnik snopa, koji polovicu svakog impulsa šalje Alice i Bobu. Kad impuls dođe do Alice, ona može pomaknuti fazu laserskog impulsa za kodiranje podataka o svakoj kugli - ovisno o boji, crvenoj ili plavoj.
U međuvremenu, Bob kodira podatke o paru kuglica koje ga zanimaju njegovu polovicu laserskih impulsa. Tada se impulsi konvergiraju u drugi razdjelnik snopa, gdje se mešaju. Interferencijski uzorak proizveden od impulsa odražava razlike u pomicanju faza svakog impulsa. Bob može pročitati interferencijski uzorak na najbližem fotonskom detektoru.
Sve do trenutka kada Bob "pročita" Aliceinu lasersku poruku, Aliceova kvantna poruka sposobna je odgovoriti na bilo koje pitanje o bilo kojem paru. Ali postupak čitanja kvantne poruke uništava je i Bob prima informacije o samo jednom paru kuglica.
Ovo svojstvo kvantne informacije - da se može čitati na više načina, ali u konačnici će ih pročitati samo jedan - u velikoj mjeri smanjuje količinu informacija koja se može prenijeti da bi se riješio problem podudaranja uzorka. Ako Alice mora Bobu poslati 100 klasičnih bita kako bi mogao odgovoriti na njegovo pitanje, ona može obaviti isti zadatak s oko 10 kubika ili kvantnih bita.
Ovo je dokaz principa koji vam je potreban da biste stvorili pravu kvantnu mrežu, kaže Graham Smith, fizičar JILA-e u Boulderu, Colorado.
Novi eksperiment je jasan trijumf nad klasičnim metodama. Istraživači su pokrenuli eksperiment znajući točno koliko informacija treba da se prenese na klasičan način da bi se riješio problem. Tada su uvjerljivo pokazali da kvantni alati mogu to riješiti na kompaktniji način.
Ovaj rezultat također nudi alternativni put do dugogodišnjeg cilja informatike: dokazivanje da su kvantna računala superiorna klasičnim računalima.
Ilya Khel