Kvantinė nepasislėpimo teorema patvirtinta eksperimentiškai (6)
Klasikiniame pasaulyje informacija gali būti kopijuojama ir trinama. Tačiau kvantiniame pasaulyje kvantinės informacijos tvarumo dėsnis reiškia, kad informacija negali būti sukuriama ar sunaikinama. Ši koncepcija kyla iš kvantinės mechanikos informacijos neklonavimo (angl. no-cloning) teoremos ir neištrynimo (angl. no-deleting) teoremos.
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
Trečia glaudžiai susijusi teorema, vadinama informacijos nepasislėpimo (angl. no-hiding) teorema, aprašo informacijos praradimo negalimumą kvantiniame pasaulyje. Pasak nepasislėpimo teoremos, jei informacija nėra stebima tam tikroje sistemoje (tai gali nutikti, kai sistema sąveikauja su aplinka), tai informacija paprasčiausiai slepiasi kažkur Visatoje. Kitais žodžiais tariant, informacija negali pasislėpti koreliacijose tarp sistemos ir aplinkos. Fizikai Samuelis Braunšteinas (Samuel L. Braunstein) iš Jungtinės Karalystės bei Arunas Patis (Arun K. Pati) iš Indijos pirmą kartą įrodė naudingumo teoremą 2007 metais. Tačiau iki pat dabar ši teorema buvo grynai teoretikų išmonė. Mokslinininkų grupė iš Indijos eksperimentiškai tyrė ir įrodė nepasislėpimo teoremą. Mokslininkai atspausdino savo darbą „Physical Review Letters“ žurnale.
„Kvantinės informacijos moksle egzistuoja dvi fundamentinės teoremos – neklonavimo ir neištrynimo teoremos, – pasakė Patis. – Jos nubrėžė pagrindinius skirtumus tarp kvantinės ir klasikinės informacijų sąvokų. Šios teoremos yra susijusios su kvantinės informacijos išsilaikymo dėsniu. Blogiausia, kad šios dvi teoremos negali būti eksperimentiškai patikrintos, nes tokie veiksmai nėra leidžiami kvantinės mechanikos ir todėl negali būti atlikti laboratorijos sąlygomis. Geriausia, ką galime padaryti, tai eksperimentiškai parodyti kvantinės informacijos apytikslę klonavimo ir apytikslę ištrynimo operacijas. Pabrėžiu, kad šios dvi operacijos yra galimos, nes nereikalaujamas griežtas kopijavimo ir ištrynimo procesas. Tuo tarpu nepasislėpimo teorema yra pirmoji tokios rūšies, nors ir susijusi su kvantinės informacijos išsilaikymo dėsniu, tačiau ji gali būti eksperimentiškai patikrinta. Šiuo atžvilgiu mūsų eksperimentas yra pirmasis eksperimentinis patikrinimas kvantinės informacijos nepasislėpimo teoremos. Labai svarbu eksperimentiškai patikrinti, ar kvantinėje teorijoje numatomi reiškiniai yra teisingi ar neteisingi“.
Mokslininkai atliko bandymus panaudodami branduolių magnetinius rezonansus. Šis metodas anksčiau buvo panaudotas tikrinant kitus kvantinės informacijos reiškinius, tokius kaip Shor ir Grover algoritmus. Kasdieniniame gyvenime šis reiškinys yra mums žinomas iš magnetinio rezonanso tomografo, naudojamo medicinoje. Savo eksperimente mokslininkai naudojo tris magnetinius vandenilio, fluoro ir anglies branduolius, esančius didelėje molekulėje. Trys magnetiniai branduoliai atitinka tris kubitus, vienas iš kurių saugo pradinę informaciją, o kiti du yra pagalbiniai kubitai ir eksperimento pradžioje yra fiksuotose būsenose.
Norint, kad pirmasis kubitas prarastų informaciją, mokslininkams teko atlikti balinimo (angl. bleaching) procedūrą. Savo eksperimente balinimą jie padarė vykdydami kvantinių būsenų sumaišymą atsitiktine tvarka. Šios procedūros metu kubitai iš grynų būsenų perėjo į sumaišytas būsenas.
Nors būsenų sumaišymo procedūra privertė kubitą lyg ir netekti turimos informacijos grynoje būsenoje, mokslininkai parodė, kad informacija gali būti rasta viename iš dviejų pagalbinių kubitų. Jie taip pat parodė, kaip panaudoti pagalbinius kubitus, norint atkurti pradinę būseną. Tokiu būdu jie pademonstravo, kad informacija nepasislėpė koreliacijose tarp pradinio kubito ir pagalbinių kubitų, o tai ir yra nepasislėpimo teoremos esmė.
„Sunkiausia šiame eksperimente, kuriame naudojamas magnetinio rezonanso tomografas, buvo sukurti impulsų seką, norint atlikti atsitiktinės tvarkos generavimo operaciją, – sakė vienas iš grupėje dirbusių mokslininkų Anilas Kumaras (Anil Kumar). – Tai buvo pasiekta mūsų laboratorijoje, sukūrus naujovišką metodą“.
Ateityje fizikai planuoja išbandyti nepasislėpimo teoremą daug sudėtingesnėms sistemoms, pavyzdžiui, tiriant koherentinę kvantinę teleportaciją. Tokio eksperimento metu teks kontroliuoti ir manipuliuoti didesniu kubitų kiekiu. Pabaigai, kvantinė nepasislėpimo teorema gali būti pritaikyta tokiose srityse kaip kvantinis ryšys per privatų kvantinį kanalą ar juodosios skylės garavimas.
