Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Александр Холево
Фото: Renate Schmid / MFO

Квантовый Циолковский

Ключевые слова:  Александр Холево, Премия Шеннона, Российский квантовый центр, Теория информации

Опубликовал(а):  Доронин Федор Александрович

05 июля 2015

Профессору Александру Холево, сотруднику Математического института имени В.А. Стеклова и Российского квантового центра (РКЦ), присуждена престижная премия Шеннона, вручаемая за достижения в области теории информации. Последний раз ученые из нашей страны удостаивались ее 37 лет тому назад — еще в советское время, в 1978 году.

Может показаться, что премия нашла своего адресата с некоторым запозданием. Александр Холево работает над той частью теории информации, что касается квантовых вычислений, чрезвычайно давно. В 1973 году, всего 30 лет от роду, он доказал широко известную теорему Холево. Теорема устанавливает верхний предел на количество информации, которое может быть извлечено из квантовых состояний. Ее выводы и сейчас, несколько десятилетий спустя, выглядят довольно неожиданными.

Из теоремы Холево следует, что емкость квантовых каналов, называемая ныне верхняя граница Холево, может быть строго больше, чем классическая информация Шеннона. После доказательства в 1996 году теоремы кодирования (независимо Холево и Шумахером с Вестморлендом) появился новый вопрос: не будет ли пропускная способность квантовых каналов, вычисляемая в предположении параллельного использования асимптотически большого количества одинаковых каналов, совпадать с верхней границей Холево для одного канала? Иными словами, будет ли давать выигрыш при кодировании использование сцепленных состояний? Вопрос этот получил название гипотезы аддитивности. Как в дальнейшем выяснилось, квантовый канал может как обладать, так и не обладать свойством аддитивности.

В частности, при выполнении свойства аддитивности получается, что хотя квантовый бит (кубит) теоретически может переносить больше информации, чем обычный бит, но извлечь из него можно не больше, чем из обычного классического бита. Это довольно необычный, на первый взгляд, вывод. Дело в том, что квантовый бит, в отличии от обычного, может быть равен не только «1» или «0», но и одновременно иметь целый ряд значений между «0» и «1». В квантовой механике про такую ситуацию говорят, что в кубите наблюдается суперпозиция состояний. Поэтому его полное состояние как объекта можно описать парой комплексных чисел, сумма квадратов которых равна единице. Благодаря этим параметрам кубита квантовые компьютеры в настоящее время оцениваются как прорывное направление научных исследований, потенциально способное революционизировать вычисления в ряде областей.

Профессор Александр Львовский, руководитель научной группы Российского квантового центра, отмечает: «Это кажется удивительным, потому что известно, что квантовые компьютеры гораздо мощнее классических. Теорема Холево показывает, что квантовый компьютер и его преимущества — дело крайне тонкое. Нельзя воспринимать квантовый компьютер просто как более мощный классический».

Следует признать, что в 1970-х при всей научной значимости теоремы, которую Львовский называет «основополагающей для всей теории квантовой информации и квантовых линий связи», ожидать широкого признания за ее разработку было довольно трудно. Дело в том, что даже экспериментальных квантовых линий связи в это время просто не было, из-за чего открытие, сделанное «на кончике пера», было практически невозможно оценить по достоинству. Сама идея квантовых вычислений как таковых была предложена лишь в 1980 году советским математиком Юрием Маниным — прототипом Вечеровского из «За миллиард лет до конца света» братьев Стругацких. Соответственно, значимость теоремы в тот момент была вовсе не так очевидна, как сегодня, когда уже построены первые квантовые компьютеры и квантовые линии связи отрабатываются в десятках научных центров по всему миру.

Пользуясь несколько вольной аналогией, можно сказать, что практическая значимость формулы Циолковского до запуска первых космических ракет была неочевидна сходным образом. Профессор Львовский описывает ситуацию так: «Большое видится на расстоянии, а для оценки такого колоссального достижения, как теорема Холево, потребовалось почти полвека... Результаты Холево упоминаются в статьях и на конференциях весьма часто и в самых разных контекстах квантовой информатики. Он — один из столпов этой науки и один из немногих ныне активных российских ученых, пользующихся в мире такой репутацией».

И в то же время отнести нынешнюю награду лишь на счет этой основополагающей теоремы не получится. Во-первых, строго говоря, после ее формулирования ученый получил ряд наград, таких как премия в области квантовой коммуникации (Quantum Communication Award, 1996 год) и премия Маркова (1997 год). Иными словами, его заслуги в своей области были признаны как в нашей стране, так и за рубежом. Во-вторых, уже после получения этих наград ему удалось добиться новых результатов фундаментального значения. Сравнительно недавно Александром Холево в соавторстве с Витторио Джованетти (Vittorio Giovannetti) и Раулем Гарсиа-Патроном (Raúl García-Patrón) была решеначрезвычайно значимая проблема гауссовских максимизаторов. Их работы затрагивают вопрос о том, каковы потенциальные ограничения, накладываемые квантовыми эффектами на пропускную способность линий оптоволоконной связи. Предложенное учеными решение дает ответ на вопрос, почему оптимальным для передачи информации по бозонным квантовым каналам являются именно гауссовские состояния.

Доктор физико-математических наук Александр Печень констатирует: «Это фундаментальное достижение было признано настоящим прорывом. Бесспорно, оно не могло не повлиять на решение Комитета Общества теории информации о вручении премии Шеннона российскому ученому». Как подчеркивает Александр Печень, «Quantum Communication Award — очень престижная награда, но в области именно квантовой информации, в то время как премия Шеннона — по всей теории информации, что значительно более значимо». Ее вручение, таким образом, означает и намного более широкое признание заслуг ученого.

Активная научная деятельность Александра Холево продолжается, и список из 170 его научных публикаций в ближайшее время может существенно пополниться. Быть может, нечто подобное случится и со списком его научных наград.


Источник: Лента.ру




Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Операция Игельс...
Операция Игельс...

Разминочные викторины по предметам стартовали на Наноолимпиаде
ХIV Всероссийская олимпиада по нанотехнологиям началась. Мы открыли впервые за 13 лет отдельные тесты для школьников по основным предметным направлениям - химии, физике, математике, биологии. Это первые (новые) официальные конкурсы олимпиады, фактически, разминка, дальше будет больше и интереснее...

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»:Динамическое термоодеяло по мотивам кожи кальмара. Газоанализатор на висмутене. Фуллерены для Тиффани. Магнетизм доменной стенки в сегнетоэлектрике или магнитоэлектрическая “сказка наоборот”. 100-летний юбилей академика Исаака Марковича Халатникова. Нобелевская премия 2019.

"Новые нанотехнологии" для "Кванториума"
Новая образовательная программа по основам нанотехнологий разработана для детских технопарков «Кванториум»

Лекция про Дмитрия Ивановича и Наномир на Фестивале науки
Е.А.Гудилин и др., Фестиваль науки
В дни Фестиваля науки «NAUKA 0+» на Химическом факультете МГУ ведущие ученые познакомили слушателей с самыми современными достижениями химии. Ниже приводится небольшой фоторепортаж 1 дня и расписание лекций.

Как правильно заряжать аккумулятор?
Д. М. Иткис
Химик Даниил Иткис о том, как правильно заряжать аккумуляторы гаджетов и почему телефон выключается на холоде

Постлитийионные аккумуляторы
В. А. Кривченко
Физик Виктор Кривченко о перспективных видах аккумуляторов, фундаментальных проблемах в производстве литий-серных источников тока и преимуществах постлитийионных аккумуляторов

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.