3.6. ЗДЕСЬ МОГУТ ВОДИТЬСЯ КВАНТОВЫЕ ТИГРЫ

Можно составить карту областей, в которых специалисты по квантовой информатике проводят свои исследования (рис. 16). Один из путей заполнить пробелы между простым и сложным – разработка всеобъемлющей теории сцепленности, аналогичной теории энергии в классической термодинамике.

Рис. 16. Карта областей, в которых специалисты по квантовой информатике проводят свои исследования

Отдельные кубиты интересны, но при объединении нескольких кубитов возникают еще более поразительные особенности поведения. Главная черта квантовой теории информации – представление о том, что два и более квантовых объекта могут иметь сцепленные (связанные между собой) состояния. Свойства таких состояний принципиально отличаются от всего известного в классической физике. Это совершенно новый вид физического ресурса, который можно использовать для постановки интересных задач.

Сцепленные объекты связаны между собой независимо от того, как далеко друг от друга они расположены, – расстояние ни в малейшей степени не ослабляет сцепленности. Если какой-то объект сцеплен с другими, измерение его состояния одновременно дает сведения о его партнерах. Можно ошибочно предположить, что сцепленность можно использовать для передачи сигналов со скоростью, большей скорости света, вопреки постулату теории относительности. Однако этому препятствует вероятностная природа квантовой механики.

В начале 90-х гг. мысль о том, что сцепленность лежит вне круга вопросов классической физики, заставила исследователей задуматься: поможет ли сцепленность по-новому решать задачи обработки информации? Ответ однозначный – да. В 1991 г. Артур Экерт (Artur K. Ekert) из Кембриджского университета придумал, как применить сцепленность для передачи криптографических ключей, не поддающихся перехвату. В 1992 г. Чарльз Беннет (Charles H. Bennett) из IBM и Стивен Виснер (Stephen Wiesner) из Тель-Авивского университета показали, что сцепленность можно использовать при пересылке классической информации (процесс, названный сверхплотным кодированием, при котором два бита переносятся частицей, которая должна бы передавать только один бит). В 1993 г. группа исследователей предложила способ телепортации квантового состояния из одного места в другое с помощью сцепленности. Затем хлынули различные предложения по практическому использованию свойств сцепленности.

Например: если бы игральные кости были «сцеплены», как квантовые частицы, то каждая пара показывала бы одинаковый результат, даже если бы их бросали на расстоянии в световые годы или даже в разное время.

Стандартный е-бит. Когда два кубита сцеплены между собой, они лишены индивидуальных квантовых состояний. Вместо этого появляется зависимость между ними. Например, для одного типа максимально сцепленной пары кубиты при измерении дают противоположные результаты. Если один дает 0, то другой – 1, и наоборот. Максимально сцепленная пара несет один е-бит сцепленности.

Квантовая телепортация. Если у Алисы и Боба есть один е-бит на двоих, они могут телепортировать один кубит. После телепортации этот е-бит уже не будет общим.

Если Боб телепортирует Алисе участника (b) сцепленной пары, то сцепленность с его исходным партнером (c) переносится на частицу Алисы (a). Однако Алиса и Боб не могут использовать телепортацию для увеличения запаса общих е-битов.