- •Теории управления квантовыми системами.
- •Содержание
- •Введение
- •1. Основные понятия и определения квантовой механики
- •1.1. Чистые и смешанные состояния
- •1. 2. Обозначения Дирака
- •1. 3. Перепутанные состояния
- •2. Элементы квантовой теории информации
- •2. 1. Кубиты
- •2. 2. О квантовой информации
- •2. 3. Преобразование одного кубита
- •2. 4. Перепутывание
- •2.5. Перепутывание и квантовая неразличимость
- •2.6. Логический элемент «управляемое не»
- •3. Парадокс эйнштейна – подольского – розена (эпр)
- •4. Неравенства белла
- •5. Квантовая криптография
- •5.1. Понятие о криптографии
- •5.2. Ключи и их распределение
- •5.3. Открытые ключи
- •5.4 Понятие о квантовой криптографии
- •5.4.1. Защита посредством неортогональных состояний
- •5.4.2. Защита посредством перепутывания
- •5.4.3. Практическая реализация квантово – криптографических систем
- •6. Квантовая телепортация
- •6.1 Общие представления
- •6.2. Протокол квантовой телепортации
- •6. 3. Обзор некоторых экспериментальных результатов по квантовой телепортации
- •6.4. Заключительные замечания: возможна ли телепортация макрообъекта?
- •7. Квантовые вычисления. Квантовые компьютеры.
- •7.1. Вводные замечания
- •7.2. Квантовый регистр
- •7.3. Задачи поиска.
- •7.4. Квантовые алгоритмы
- •7.4.1. Моделирование времени.
- •7.4.2. Моделирование вероятности
- •7.4.3. Алгоритм разложения на простые множители или алгоритм Шора
- •7.5. Общие требования к квантовым компьютерам Практическая реализация
- •Приложение. Гипотезы о квантовой природе сознания
- •Заключение
- •Словарь терминов
- •Литература
Заключение
Научные достижения последних десятилетий масштабны и значительны. Они не сводятся к тем однодневным сенсациям, о которых иногда сообщают СМИ, и которые на следующий день забываются. Речь идет об огромной совокупности экспериментальных и теоретических исследований в области квантовой физики, которые постепенно осмысливаются и складываются в качественно новую квантовую парадигму реальности. Значение этих достижений трудно переоценить. Все их последствия сейчас невозможно себе представить. Но уже сегодня, вероятно, можно утверждать, что постепенно они приведут к коренным изменениям не только в естествознании, но и в мировоззрении всего человеческого сообщества. Все существующие представления об окружающем нас мире станут качественно другими.
И это не просто слова–за ними стоят результаты физических экспериментов, проведенных за последние годы, которые убедительно подтверждают наличие квантовой запутанности в микроскопических системах. Этот факт дает физикам все основания делать далеко идущие выводы о предстоящих глубоких изменениях в обществе, о чем сегодня все громче заявляют многие специалисты по квантовой теории. Физики проводят международные конференции и симпозиумы, целиком посвященные квантовой запутанности, пытаясь привлечь внимание к этой фундаментальной проблеме естествознания. В информационном сообщении о проведении одного из таких симпозиумов (Quantum Mechanics on the Large Scale, Banff Center, Canada, Peter Wall Institute at UBC. A 5-day conference (April 12–17, 2003) and a 10-day workshop (April 17–27, 2003),
http://www.pims.math.ca/birs/workshops/2003/03w5096/) звучит даже некоторая растерянность, типичная для нынешней ситуации. Это растерянность в преддверии грядущих потрясений. Нечасто можно услышать согласованное мнение ведущих ученых об экстраординарных достижениях в физике, о тех физических экспериментах, которые «затрагивают фундаментальные философские проблемы» и ведут к «очень глубокому изменению в нашем понимании физической действительности». Как пишут организаторы симпозиума: «Физики взволнованы по весьма серьезной причине — существование крупномасштабных квантовых суперпозиций, аналогичных „коту Шредингера“, так же как и наличие запутанности между многими различными степенями свободы в макроскопических системах, имеет большой фундаментальный и философский смысл, поскольку все это бросает вызов основным предубеждениям о природе физической реальности».
Ученые призывают объединить усилия физиков, математиков, философов и других специалистов для того, чтобы всем вместе осмыслить новые результаты, выработать согласованную точку зрения и решить, что же делать дальше в этой непростой ситуации: «Очевидно, время для такого согласия наступило — экспериментальный успех может сфокусировать всеобщие усилия в этом направлении, что раньше не могло иметь место».
Видимо, многим нелегко принять эти научные результаты чисто психологически. Ведь они разрушают сам фундамент мировоззрения и опровергают считавшиеся еще вчера незыблемыми представления об основах мироздания. Ставят под сомнение ту картину мироустройства, которая многих устраивает, с которой просто смирились, когда предполагается, что основной субстанцией мира является саморазвивающаяся материя. А в новой квантовой парадигме весь материальный мир и происходящие в нем процессы являются всего лишь небольшим «возмущением», проявлением гораздо более сложных процессов, имеющих место во всеобъемлющем квантовом домене реальности. Многим попросту не под силу такой кардинальный переворот в своих взглядах на окружающий мир.
Но в любом случае ученые свою часть дела сделали. Наработан огромный теоретический и экспериментальный материал, результаты опубликованы в ведущих научных журналах и монографиях. Статей по квантовой запутанности и декогеренции так много, что в них легко «утонуть», так и не увидев основных, фундаментальных результатов. К тому же сами физики очень осторожны в их философской оценке. И это правильно, поскольку такая оценка всегда субъективна, а иногда носит спекулятивный характер. Но есть и объективные факты — результаты экспериментов, их теоретическое осмысление и выводы, которые невозможно игнорировать. Возможно, все эти заявления кому-то покажутся чересчур преувеличенными. Однако фундаментальные выводы квантовой теории касаются каждого из нас — причем уже не просто как потребителя «новых технологий», но и на более глубоком, философском уровне, поскольку коренным образом меняют наш взгляд на окружающую реальность.