KWANTOWA INFORMACJA
W książce Daviesa-Gregersena o niej jest sporo ,ale to co jest – rozczarowało mnie.
Nie tylko z tego powodu ,że nie wymienili w tym miejscu autora nazwy i pojęcia “kwantowej informacji” ,Polaka, profesora fizyki UMK z Torunia, Romana Stanisława Ingardena[syna wybitnego filozofa Romana Witolda Ingardena] i nie przywołali jego rozprawy z roku 1976 [1].
W końcu mnie to nie dziwi: prawie każdy “West” ,czyli “prawdziwy, rdzenny Europejczyk”, ludzi wartościowych, tzn. mądrych, wykształconych i kulturalnych, to tylko widzi na odległość do Odry ,a za Odrą, to już jest tylko “materiał roboczy”, ograniczony umysłowo, i jakiś taki “nie naturalny” ,czyli nie ucywilizowany.
Toteż mimo, że R.S.Ingarden[dziś senior fizyków polskich – 91 letni, aktywny umysłowo i publicznie myśliciel, znawca japonistyki i jej pionier w kraju, odznaczony przez cesarza Japonii Orderem Świętego Skarbu-Promienie ze Wstęgą] razem ze swoimi uczniami [np.Jamiołkowskim, Horodeckim, Michalskim] rozwinął informatykę kwantową, [lub inaczej – fizykę informatyczną]dając jej fantastyczne podstawy matematyczne ,to przy tej tematyce, w publikacjach zachodnich, jako twórcy i odkrywcy praw i modeli brylują ......"westy",chyba że polski autor zgodzi się łaskawie wystąpić w gronie zachodnich tzw. "współautorów".
Najkrócej ,ale i najdokładniej o informacji kwantowej[a w dalszej perspektywie o komputerach kwantowych] można napisać tak: klasyczna informacja ma za podłoże swoje [czyli nośnikami jej są..] substancję materialną, co najmniej obdarzoną energią, a bardzo często masą.
Natomiast kwantowa informacja jest przekazywana ,kodowana i transformowana za pomocą stanów kwantowych a dokładnie – za pomocą wektora stanu układu kwantowego , [czyli funkcji “psi”], i jego superpozycji.
Przypomnę, że funkcja falowa “psi” opisuje pewien proces falowy ,czyli fale, zwane często “falami de Brogliea”. Jednak natura fizyczna fal de Brogliea jest radykalnie inne od dobrze znanych fal na wodzie, lub fal akustycznych ,a nawet od fal elektromagnetycznych.
Fale “psi” dzieją się w wielowymiarowych przestrzeniach nie fizycznych, lecz matematycznych i są opisywane funkcją zmiennych nie rzeczywistych, lecz zespolonych.
Rzeczywista wielkość tych fal, to kwadrat modułu ich amplitudy (zobacz mój tekst [2] ), a jego sens –prawdopodobieństwo stanu układu kwantowego.
A więc fale de Brogliea, to fale prawdopodobieństwa, czyli fale naszej wiedzy o zdarzeniach, fale w naszej świadomości i na zewnątrz jej.
Jednak to prawdopodobieństwo różni się od pojęcia prawdopodobieństwa w statystyce, czyli w matematyce. Podlega swoistej operacji zwanej interferencją amplitud prawdopodobieństwa, w wyniku której ,gdy spotykają się dwie fale “psi” to może wystąpić nie tylko suma amplitud ale także i ich różnica ,a tym samym superpozycja [ nakładanie się] dwóch prawdopodobieństw może dać prawdopodobieństwo o wartości zero, lub nawet – co jest szokujące – prawdopodobieństwo ujemne !
Informacja kwantowa – jak każda informacja- bazuje na prawdopodobieństwie zdarzeń. Informacja bitowa [klasyczna] odpowiada dwom stanom, umownie nazwanych “0” i “1”.
Natomiast bity kwantowe ,zwane qubitami są inne: mogą istnieć w dowolnej mieszaninie (superpozycji) stanów układu kwantowego .
Pierwsza różnic między bitami klasycznymi a qubitami jest w liczbie operacji do przetworzenia stanów w jednym kroku przez klasyczny komputer , i kwantowy.
Ten drugi ,pracujący na bitach kwantowych czyli qubitach może przetworzyć w jednym cyklu nawet 10^20 stanów o dowolnych prawdopodobieństwach z przedziału [o,1]. Tym samym czas pracy komputera klasycznego liczony w milionach lat ,może być zastąpiony minutami pracy komputera kwantowego.
Jak wiadomo , operacje komputera to przetwarzanie i zapamiętywanie elementarnych operacji logicznych ,określonych przez tzw. funktory zdaniowe. Do nich należą np. koniunkcja dwóch zdań, alternatywa, negacja zdania, itp. Technicznie , operacje te wykonują tzw. bramki logiczne [i ich sieci] zbudowane najczęściej z przełączników elektronicznych ,których stany fizyczne reprezentują “o” [brak impulsu] lub 1 [jest impuls].
Komputer kwantowy musi mieć bramki ,w których będziemy mogli sterować amplitudami funkcji falowej “psi”. Do konstrukcji tych bramek ,najczęściej stosuje się interferometry Macha- Zehndera,o których popularnie ,ale ściśle można przeczytać w [3] autorstwa Gerarda Milburna, australijskiego noblisty [1997 r.],światowej sławy twórcy nanotechnologii i kryptografii kwantowej.
(rys.1. kopia z pracy [3] )
Padający na pierwsze zwierciadło półprzepuszczalne [ krótka linia przerywana ] foton - traktowany jako "paczka" lub "pakiet" fal de Brogliea , zostaje odbity, lub przepuszczony z jednakowym prawdopodobieństwem i może przebiegać: albo górną drogą, albo dolną ku drugiemu zwierciadłu półprzepuszczalnemu, by na koniec zostać wykrytym :albo przez detektor U ,albo przez – L. Są tu cztery drogi fotonu i cztery historie.
Amplitudami prawdopodobieństw fotonów-paczek falowych mozna sterować [ zmieniać je ] przez zmianę względnej długości dróg górnej i dolnej, a końcowa amplituda prawdopodobieństwa detekcji w U lub w L zmienia się w sposób ciągły od 1 do 0.
Gdyby fotony nie podlegały funkcji falowej “psi” to urządzenie dawałoby prawdopodobieństwo detekcji dla każdego detektora równe i wynoszące ½ [50/50 %] ,czyli wytwarzałoby informację klasyczną ,bitową.
QED ,która bazuje na funkcji falowej “psi” ,dostarcza nam jednak możliwość manipulacji amplitudami prawdopodobieństw w interferometrze M-Z według przepisu matematycznego zwanego transformacją unitarną i w ten sposób powstaje qubity, czyli informacja kwantowa.
Nośnikiem więc tej informacji są fale de Brogliea [ ich amplituda], a te są bardzo odległe od czegokolwiek, co ma własności obiektu fizycznego.
Informacja kwantowa nie może być skopiowana, gdyż każdy jej odczyt jest związany z zaburzenie wektora stanu układu kwantowego ,czyli każda próba jej skopiowania nie jest jej odczytaniem, lecz – zniszczeniem.
Przesyłanie informacji na dowolną odległość może zachodzić natychmiast [pojęcie skończonej prędkości traci sens], gdyż wykorzystuje się efekt tzw.splątania kwantowego ( pisałem o tym tutaj[3],[4]).
I jest to dodatkowym argumentem na rzecz braku konieczności przyrodniczej istnienia korelacji informacji z obiektami fizycznymi ,w tak silnym stopniu jaki ma miejsce w odniesieniu do informacji klasycznej.
Informacja kwantowa otwiera nie tylko nowe horyzonty technologii [ komputery kwantowe] ,ale może przede wszystkim zmusza do nowego spojrzenia na fundamentalne pojęcia fizyki takie np. jak energia ,masa, pęd, pole fizyczne.
To może prowadzić do nowej metafizyki , do nowych odpowiedzi na pytania o naturę wszechświata.
Literatura
[1] R.S.Ingarden,Quantum Information theory,Rep. Math. Phys. 10, 43-72 (1976).
[3]G.Milburn,Inżynieria kwantowa,Warszwa,1999
[4]http://autodafe.salon24.pl/65000,kwantowe-splatanie-wszystkiego-ze-wszystkim
[5]http://autodafe.salon24.pl/65001,splatanie-kwantowe-j-wheeler-i-czas
