Отправляет email-рассылки с помощью сервиса Sendsay

Скурлатов В.И. Философско-политический дневник

Рассылка закрыта

При закрытии подписчики были переданы в рассылку "Крупным планом" на которую и рекомендуем вам подписаться.

Вы можете найти рассылки сходной тематики в Каталоге рассылок.

←   Октябрь 2005   →
 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
Автор
Скурлатов Валерий Иванович

Статистика

346 подписчиков
0 за неделю
←   Все выпуски   →

Скурлатов В.И. Философско-политический дневник


Информационный Канал Subscribe.Ru 
Панком и кубиты (qubits) в свете Нобелевской премии по физике 2005 года

Принципиально-новую квантовомеханическую систему мгновенной коммуникации Панком
я продумал и описал в печати в конце 1960-х годов, осмысляя известный опыт Пфлигора-Мандела,
а запатентовал год-два назад, когда исследования по квантовой телепортации (модель
«Боб и Алиса») приблизились вплотную к моему изобретению (http://panlog.com:8881/cgi-bin/dd.cgi?year=2003&time=2003-9-27).
 Практическую проверку системы провел более тридцати пяти лет назад доктор физико-математических
наук Валерий Константинович
Аблеков. Сейчас я с зятем пытаюсь построить двусторонний квантовый телефон на
стандартных лазерах, да времени нет, к тому же думаю, что никаким чудом нынешних
россиян не прошибу.

Всегда сознавал, что простейшая схема Панкома предполагает работу на одной волновой
функции, а нужна многоканальная коммуникация, возможность с одного передатчика
общаться адресно с бесконечно-многими приемниками. Решение этой задачи наметил
примерно в те же годы, когда вызревала идея Панкома, профессор Рой Глаубер, только
что получивший Нобелевскую премию по физике. С тех пор изучение перепутанных
состояний (entanglement)? квантовомеханической передачи информации и квантовой
криптографии ушло далеко вперед.
Обстоятельная сводка представлена в курсе профессора Сергея Павловича Кулика
«Физические основы квантовой информации» (на моём родном физическом
факультете МГУ, кафедра квантовой электроники,  http://foroff.phys.msu.ru/aspirant/spec/s043.htm,
телефон 939-43-72). На одном из семинаров, состоявшихся в мае этого года на физфаке
 МГУ, представлена типичная тематика, которая имеет непосредственное отношение
к сути Панкома (http://www.almater.ru/news/all/p2/2461.html). 

Совершенствовать запатентованный мной Панком надо по трём направлениям –
добиться многоканальности, избавиться от пространственной конгруэнции передатчика
и приемника, обеспечить высокую пропускную способность. Ключом к единому решению
всех трёх задач я вижу в концепции квантовых двухуровневых информационных ячеек
– кубитов (qubits), которая сейчас активнейше развивается  (http://www.imperial.ac.uk/physics/qubits/).
Суть концепции - в квантовой механике состояние двухуровневой системы представимо
в виде суперпозиции, причем существенна аналогия между степенью поляризации и
чистотой состояния. 

Сжато и дельно суть кубитов описал научный обозреватель Белле Дум? (Belle Dum?)
на сайте http://physicsweb.org/articles/news/7/2/8/1.

Поскольку кубиты уже реализованы в оптических устройствах, я сразу же подумал
об использовании этих устройств в своём Панкоме. Более того, надо получить новый
патент, потому что уже вижу – схема Панкома примитивна и не годится для
массового производства квантовомеханических «телефонов». Надо запатентовать
«квантовомеханическую многоканальную систему мгновенной коммуникации передатчик-приемник
Панком+». Патентовать - дело хлопотное, но игра стоит свеч. 

Как с себестоимостью Панком+ по сравнению с «квантовым телефоном»?
Рабочее тело («кубиты») и фотоанализатор стоят на два порядка дороже
Панкома, то есть около 5 тысяч долларов. Стандартный твердотельный монохроматический
лазер стоит порядка 20-30 долларов, а кубит-ячейка – порядка 2 тысяч долларов.
Однако я полагаю, что кубит-ячейки вскоре будут столь же дешевыми, как лазеры.


Борислав Козловский в обзорной статье «Медали за безукоризненную точность:
Лауреатами Нобелевской премии по физике стали создатели сверхточных лазеров»
ставит эпиграф из Дионисия Ареопагига – «И свет есть мера и число
часов, дней и всего нашего времени» (http://lenta.ru/articles/2005/10/05/physics/).
Автор поясняет, что новые нобелевские лауреаты по физике Рой Глаубер, Джон Холл
и Теодор Хэнш занимаются квантовой оптикой. Объект их изучения – лазеры,
источники когерентного
монохроматического света. До их изобретения физики сталкивались только с излучением
нагретых тел - беспорядочным и "несогласованным" потоком волн разной длины. Лазеры
сразу сделались универсальным инструментом для решения разнообразных физических
проблем: намного проще предсказать поведение когерентного светового пучка, чем
света от обычной лампы накаливания. Особенно если речь идет о явлениях микромира:
лампа посылает к микрообъекту не "усредненный" ровный свет, а "случайные" фотоны
с неодинаковой энергией.
Напротив, идеальный лазер светит всегда одинаково. 

Работы Роя Глаубера были посвящены как раз тому, что происходит в случае "плохих"
- слабых и некогерентных - источников излучения. Инструменты обычной квантовой
механики не годились, чтобы точно описать действие небольших порций фотонов.
Глаубер связал отклонения от ожидаемых результатов - с фотоэлектронным эффектом
внутри приемника. Электромагнитные явления в нем оказываются для наблюдателя
единственным источником знаний о свете. Если, например, приемник - фотопленка,
то она почернеет из-за того, что поглощенный
фотон отрывает электрон от какого-нибудь отрицательного иона и "возвращает" его
иону серебра. Глаубер в 1963 году с помощью квантовой электродинамики - теории,
возникшей при "смешении" старой квантовой теории с эйнштейновским релятивизмом
- показал, что рассмотрение когерентности и некогерентности должно основываться
на "коллективном поведении" фотонов. При этом отклонения от идеального случая
не подчиняются привычной статистике – в альтернативном распределении фигурировали,
например, отрицательные вероятности.


Когда революционная статья была написана, лазеры были еще весьма далеки от совершенства.
Однако у Глаубера весьма скоро нашлись вдумчивые читатели, которым захотелось
изменить эту ситуацию. Зная, как выглядят отклонения, они нашли способ их минимизировать.
После этого лазеры стали пригодны для передачи сверхслабых сигналов отдельными
фотонами. 

Позже новая теория когерентности оказалась востребована математиками. Авторы
квантовой криптографии и квантовых вычислений предложили использовать в качестве
единицы информации двухуровневую квантовую систему - кубит. В отличие от обычного
бита, такая система может принимать бесконечное число состояний, которые являются
комбинациями исходных двух. 

Вот это свойство кубита и поможет обеспечить многоканальность с одной стороны
и произвольность пространственной ориентации Панкома+ – с другой. Здесь
много нюансов, мне придётся плотно врубиться, чтобы обосновать новизну, но чувствую
– «миссия выполнима!».

Лучшим переносчиком кубита является фотон поляризованного света (два уровня отвечают
различным направлениям поляризации). В лазере генерируется нужное состояние частицы,
которая распространяется вдоль оптического волокна, зная, что с ней случится
за время пути. Но в Панкоме и в Панкоме+ не надо оптоволокна,  важно лишь модулировать
сигнал в передатчике, а приемник уловит модуляцию.

Очевидно, что подобный способ передачи информации безопасен - при любой попытке
"подслушать" злоумышленник изменит состояние фотона, и утечка данных не останется
незамеченной. Впрочем, математические последствия глауберовского открытия давно
стали самостоятельной наукой, развивающейся независимо от физики. 

В отличие от Роя Глаубера, Джон Холл и Теодор Хэнш занимались "инженерной" стороной
усовершенствования лазера. А именно, они пытались добиться максимальной когерентности
и монохроматичности - и добились. Хотя способность генерировать свет с точной
длиной волны считается главным свойством лазера, большинство реальных излучателей
отклоняется от такого поведения. Пучок обычно состоит из "смеси" волн близкой
длины, что чаще всего объясняют эффектом Допплера. Эффект, заключающийся в том,
что движущееся тело меняет
цвет, помог астрофизикам узнать о расширении Вселенной, но долгое время был головной
болью оптиков. Атомы внутри рабочего тела лазера движутся с неодинаковыми скоростями,
отчего цвет луча непостоянен. Это непостоянство мало и незаметно, пока речь не
идет о сверхточных измерениях - а они требуют привлечения лазеров весьма часто.


Идея отказаться от старых эталонов физических величин возникла в середине двадцатого
века. Выяснилось, что платиново-иридиевые бруски, представляющие килограмм и
метр в Парижской палате мер и весов, не слишком точно справляются со своей задачей.
То же можно было сказать и о секунде, которую определяли как фиксированную часть
астрономических суток. Ясно, что такие эталоны – не идеал.

Следовательно, надо связать фундаментальные единицы с каким-нибудь не менее фундаментальным
процессом. На такую роль вполне подходило распространение света в вакууме - и
с его помощью решили переопределить одновременно единицы времени и расстояния.
С 1967 года метром называют путь, который проходит свет, испущенный при определенных
обстоятельствах атомом цезия-133, за 9192631770 колебаний, а секундой - интервал,
за который свет преодолеет 299792458 метров. Сложность, с которой столкнулись
исследователи, была
до обидного банальной - не существовало подходящих измерительных приборов, чтобы
зафиксировать "старт" и "финиш" светового пучка. 

Решение было найдено Холлом и Хэншем, изготовившими лазеры с жестко зафиксированной
длиной волны. Как и предписывает стандарт, с их помощью измеряли переход между
энергетическими уровнями в атоме цезия. С целью проверки тем же способом оценили
переходы в водороде - это единственный атом, для уровней которого есть явные
формулы. Таким образом, теперь лазеры можно использовать как часы, сообщающие
время с точностью до 18 знаков после запятой. 

Однако за часы, пусть даже самые точные в мире, редко награждают Нобелевской
премией. Разгадка в том, что прецизионные приборы позволяют оценивать и сравнивать
самые главные физические постоянные - константы, обеспечивающие привычную нам
структуру Вселенной. Некоторое время назад астрономы усомнились в постоянной
тонкой структуры α, небольшого изменения которой было бы достаточно, чтобы
прекратился нуклеосинтез звезд. Наблюдая удаленные галактики, ученые пришли к
выводу (с которым согласны далеко не все),
что α изменяется на миллионные доли за несколько миллиардов лет. Благодаря
точности  "лазерного" метода, можно проверить это утверждение за куда меньшее
время. 

Согласно решению шведских академиков, Рою Глауберу достанется половина премии,
Джону Холлу и Теодору Хэншу - по одной четвертой. 8 декабря 2005 года ученые
выступят в Стокгольмском университете с нобелевскими лекциями. Не исключено,
что они в этих лекциях самостоятельно приблизятся к идее Панком+.
Subscribe.Ru
Поддержка подписчиков
Другие рассылки этой тематики
Другие рассылки этого автора 		Подписан адрес:
Код этой рассылки: culture.people.skurlatovdaily
Архив рассылки 		Отписаться
Вспомнить пароль
В избранное