Квантовый Циолковский
Российскому ученому впервые вручена премия Шеннона

Профессору Александру Холево, сотруднику Математического института имени В.А. Стеклова и Российского квантового центра (РКЦ), присуждена престижная премия Шеннона, вручаемая за достижения в области теории информации. Последний раз ученые из нашей страны удостаивались ее 37 лет тому назад — еще в советское время, в 1978 году. «Лента.ру» попыталась разобраться, почему сейчас она досталась именно Александру Холево.

Может показаться, что премия нашла своего адресата с некоторым запозданием. Александр Холево работает над той частью теории информации, что касается квантовых вычислений, чрезвычайно давно. В 1973 году, всего 30 лет от роду, он доказал широко известную теорему Холево. Теорема устанавливает верхний предел на количество информации, которое может быть извлечено из квантовых состояний. Ее выводы и сейчас, несколько десятилетий спустя, выглядят довольно неожиданными.

Из теоремы Холево следует, что емкость квантовых каналов, называемая ныне верхняя граница Холево, может быть строго больше, чем классическая информация Шеннона. После доказательства в 1996 году теоремы кодирования (независимо Холево и Шумахером с Вестморлендом) появился новый вопрос: не будет ли пропускная способность квантовых каналов, вычисляемая в предположении параллельного использования асимптотически большого количества одинаковых каналов, совпадать с верхней границей Холево для одного канала? Иными словами, будет ли давать выигрыш при кодировании использование сцепленных состояний? Вопрос этот получил название гипотезы аддитивности. Как в дальнейшем выяснилось, квантовый канал может как обладать, так и не обладать свойством аддитивности.

В частности, при выполнении свойства аддитивности получается, что хотя квантовый бит (кубит) теоретически может переносить больше информации, чем обычный бит, но извлечь из него можно не больше, чем из обычного классического бита. Это довольно необычный, на первый взгляд, вывод. Дело в том, что квантовый бит, в отличии от обычного, может быть равен не только «1» или «0», но и одновременно иметь целый ряд значений между «0» и «1». В квантовой механике про такую ситуацию говорят, что в кубите наблюдается суперпозиция состояний. Поэтому его полное состояние как объекта можно описать парой комплексных чисел, сумма квадратов которых равна единице. Благодаря этим параметрам кубита квантовые компьютеры в настоящее время оцениваются как прорывное направление научных исследований, потенциально способное революционизировать вычисления в ряде областей.

Профессор Александр Львовский, руководитель научной группы Российского квантового центра, отмечает: «Это кажется удивительным, потому что известно, что квантовые компьютеры гораздо мощнее классических. Теорема Холево показывает, что квантовый компьютер и его преимущества — дело крайне тонкое. Нельзя воспринимать квантовый компьютер просто как более мощный классический».

Следует признать, что в 1970-х при всей научной значимости теоремы, которую Львовский называет «основополагающей для всей теории квантовой информации и квантовых линий связи», ожидать широкого признания за ее разработку было довольно трудно. Дело в том, что даже экспериментальных квантовых линий связи в это время просто не было, из-за чего открытие, сделанное «на кончике пера», было практически невозможно оценить по достоинству. Сама идея квантовых вычислений как таковых была предложена лишь в 1980 году советским математиком Юрием Маниным — прототипом Вечеровского из «За миллиард лет до конца света» братьев Стругацких. Соответственно, значимость теоремы в тот момент была вовсе не так очевидна, как сегодня, когда уже построены первые квантовые компьютеры и квантовые линии связи отрабатываются в десятках научных центров по всему миру.

Пользуясь несколько вольной аналогией, можно сказать, что практическая значимость формулы Циолковского до запуска первых космических ракет была неочевидна сходным образом. Профессор Львовский описывает ситуацию так: «Большое видится на расстоянии, а для оценки такого колоссального достижения, как теорема Холево, потребовалось почти полвека... Результаты Холево упоминаются в статьях и на конференциях весьма часто и в самых разных контекстах квантовой информатики. Он — один из столпов этой науки и один из немногих ныне активных российских ученых, пользующихся в мире такой репутацией».

И в то же время отнести нынешнюю награду лишь на счет этой основополагающей теоремы не получится. Во-первых, строго говоря, после ее формулирования ученый получил ряд наград, таких как премия в области квантовой коммуникации (Quantum Communication Award, 1996 год) и премия Маркова (1997 год). Иными словами, его заслуги в своей области были признаны как в нашей стране, так и за рубежом. Во-вторых, уже после получения этих наград ему удалось добиться новых результатов фундаментального значения. Сравнительно недавно Александром Холево в соавторстве с Витторио Джованетти (Vittorio Giovannetti) и Раулем Гарсиа-Патроном (Raúl García-Patrón) была решена чрезвычайно значимая проблема гауссовских максимизаторов. Их работы затрагивают вопрос о том, каковы потенциальные ограничения, накладываемые квантовыми эффектами на пропускную способность линий оптоволоконной связи. Предложенное учеными решение дает ответ на вопрос, почему оптимальным для передачи информации по бозонным квантовым каналам являются именно гауссовские состояния.

Доктор физико-математических наук Александр Печень констатирует: «Это фундаментальное достижение было признано настоящим прорывом. Бесспорно, оно не могло не повлиять на решение Комитета Общества теории информации о вручении премии Шеннона российскому ученому». Как подчеркивает Александр Печень, «Quantum Communication Award — очень престижная награда, но в области именно квантовой информации, в то время как премия Шеннона — по всей теории информации, что значительно более значимо». Ее вручение, таким образом, означает и намного более широкое признание заслуг ученого.

Активная научная деятельность Александра Холево продолжается, и список из 170 его научных публикаций в ближайшее время может существенно пополниться. Быть может, нечто подобное случится и со списком его научных наград.

Ссылка

Чесслово - ни фига не понял! Мож, кто человечьим языком разъяснит?

Физики построили первый в мире спектрометр на квантовых точках

Команда китайских физиков во главе с Джи Бао (Jie Bao) из Университета Цинхуа совместно с исследовательской группой из Массачусетского технологического института разработала первый в мире компактный спектрометр на квантовых точках. По словам создателей, лёгкое миниатюрное устройство, которое гораздо бюджетнее аналогов, может быть использовано даже в камерах смартфонов.
Также подобные спектрометры на квантовых точках могут найти широкое применение в фундаментальной науке, к примеру, для сбора исследовательских данных в рамках космических миссий. Или же устройства могут быть интегрированы в датчики обычной бытовой техники.
Спектрометрия, по сути, направлена на измерение интенсивности света в зависимости его от длины волны и используется для изучения различных свойств светоизлучающих и поглощающих свет веществ и материалов. Например, данная методика часто используется планетологами и астрономами для определения химического состава далёких планет и звёзд, где другие методы исследования попросту недоступны.
Большинство методов спектроскопии включают в себя рассеяние света в соответствии с его длиной волны. Так, к примеру, призмы могут быть использованы для того, чтобы разложить излучение на составляющие его длины волн (цвета), а полученный спектр может быть измерен при помощи чувствительных к свету детекторов.
Бао и его коллеги разработали инновационную методику спектрометрии, основанную на работе квантовых точек. Учёные создали массив полосно-пропускающих фильтров для света, через который проходит излучение, а затем попадает в позиционно-чувствительный детектор.
Квантовые точки представляют собой крошечные "капли" полупроводника диаметром в несколько нанометров. Также их иногда называют искусственными атомами, поскольку, как и обычные атомы, они поглощают и испускают свет лишь определённых длин волн. В отличие от атомов, однако, эти принимаемые и выдаваемые длины волн могут быть "настроены" путём простого регулирования размера квантовой точки.
Идея использовать массив квантовых точек для создания компактного спектрометра пришла в голову учёным после того, как они исследовали их применение в солнечных батареях и детекторах света.
"Я понял, что этот материал имеет уникальные свойства и что никакой другой материал не может с ним сравниться. Дело в том, что массив квантовых точек обладает крайне простым средством настройки оптического отклика", — рассказывает Бао в пресс-релизе MIT.
Физики сконструировали спектрометр на основе огромного массива квантовых точек 195 различных типов, который охватывает диапазон длин волн шириной в 300 нанометров. Изучая свет, который поглощали точки, учёные смогли определить относительную интенсивность различных длин волн в спектре падающего света.
Для создания массива учёные сделали коллоидную систему, поместив квантовые точки в раствор. Затем полученную смесь нанесли в качестве покрытия на отдельные пиксели цифровой камеры. Поскольку новая разработка совместима с уже существующими технологиями, утверждают разработчики, новый спектрометр может быть уже запущен в массовое производство, и стоимость его будет довольно низкой.
Новый спектрометр использует метод мультиплексирования который был впервые разработан для телекоммуникационной отрасли, чтобы позволить сразу нескольким сигналам передаваться по одному и тому же оптоволокну. Мультиплексирование уже используется для спектроскопии, но Бао утверждает, что предыдущие разработки не подходят для создания небольшого, недорогого и высокопроизводительного устройства.
"Именно коллоидные квантовые точки позволили совершить этот прорыв", — уверен Бао, чья статья вышла в журнале Nature.
Команда исследователей в данный момент занимается адаптацией своего детища под конкретные практические применения. Они уверены, что в скором времени их разработка превратит каждый смартфон в настоящий спектрометр, а стоимость космических миссий по изучению далёких планет и звёзд можно будет значительно сократить.

Ссылка

Немного согласуется с моим более ранним комментом здесь,а,ещё на сайте,гле я открала гипотетическую частицу,которую пользователь Робот назвал:еленон.

Учёные смогли телепортировать фотон на расстояние в 100 километров
СЕГОДНЯ, 16:09
Ученым впервые удалось телепортировать фотоны более чем на 100 километров. Специалисты предполагают, что проделанный эксперимент сможет быть полезным в создании квантового интернета.

Учёные смогли телепортировать фотон на расстояние в 100 километров

Американские физики совершили прорыв в развитии квантовой механики. Ученые смогли телепортировать фотон на расстояние больше ста километров посредством оптического волокна. Напомним, что ранее ученым уже удавалось совершить подобную телепортацию, правда на расстоянии 25 километров.

Кроме того, группа ученых пришла к разработке явления квантового запутывания, которую начал сам Эйнштейн. Гениальный физик настолько не мог поверить своему открытию, что решил не браться за разработку квантовой механики, однако его последователи все же продолжили его дело. Ученые отмечают, что достижения в области квантовой телепортации смогут привести к появлению квантовых компьютеров.

Эксперты шутят, что еще есть к чему стремиться, поскольку наука еще не придумала, как телепортировать людей на расстояние, поэтому исследовательские работы продолжаются.