Slovak National Research Platform For Quantum Technologies
Zámer 2.1 Kvantové informačné štruktúry a metrológia (koordinátor: Anna Jenčová) Partneri: FÚ SAV, MÚ SAV Zodpovední riešitelia: Mário Ziman, Anna Jenčová, Michal Sedlák, Vladimír Bužek, Daniel Reitzner, Peter Rapčan Popis zámeru: Výskum v oblasti kvantovo-informatických štruktúr definuje základný teoretický rámec pre kvantové technológie, t.j. vytvára koncepty a metódy, ktoré nám umožňujú kvantové technológie vôbec definovať, určiť základné teoretické ako aj praktické ohraničenia ich funkcionality, a nakoniec aj certifikovať ich implementácie. Fyzika kvantových systémov nás núti prehodnotiť mnohé z našich predstáv o fungovaní sveta. Nielenže štandardné fyzikálne veličiny nemôžu mať ľubovoľné hodnoty (sú kvantované), ale ani o nich nevieme hovoriť s určitosťou. Túto náhodnosť je treba prijať ako súčasť kvantového sveta. Kvantová teória informácie hľadá pridanú hodnotu práve v tejto kvantovej náhodnosti a snaží sa pomocou nej vylepšiť existujúce technológie. Analýzou kvantových modelov je možné identifikovať a kvantifikovať tie ich kvantové vlastnosti, o ktorých hodnotách vieme hovoriť s určitosťou, avšak otázkou je ako tieto veličiny získavať (efektívne) z experimentálnych dát. Tieto kvantové veličiny úzko súvisia práve s rozvojom kvantových technológií, pretože kvantifikujú tie prejavy kvantového sveta, ktoré nám umožňujú posunúť hranice komunikačných a výpočtových technológií. Hovoríme, že tieto veličiny vytvárajú tzv. kvantovo-informatické štruktúry. Našim konkrétnym zámerom bude preskúmať kvantovo-technologický potenciál kvantových štruktúr vyššieho rádu, v ktorých je informácia zakódovaná do transformácií kvantových systémov, s ktorými vieme experimentálne priamo pracovať. Tieto štruktúry nám umožňujú vytvárať hypotetické interferencie medzi kauzálnymi poradiami, o ktorých sa podarilo ukázať, že zvyšuje efektivitu výpočtov oproti kvantovému počítaniu (prvého rádu). Ich zrealizovaná experimentálna demonštrácia je ešte stále predmetom diskusie, ale ukazujú sa ďalšie kvalitatívne nové vlastnosti takéhoto spracovania informácie. Overenie a porovnanie kvality funkcionality kvantových zariadení je dôležitou súčasťou kvantových technológií. Súčasná kvantová metrológia sa prevažne venuje vylepšeniu metrologických postupov a presností pri meraní klasických fyzikálnych parametrov systémov, t.j. fyzikálnych jednotiek. Našim cieľom bude identifikovať a štandardizovať univerzálne postupy pre efektívnu charakterizáciu kvantových vlastností systémov, resp. odmerať kvantovo-informačné jednotky ako napríklad nelokálnosť, nekompatibilitu, nemarkovovskosť, a iné. Inými slovami vytvoriť kvantové metrologické štandardy, špeciálne pre kvantové procesy a samotné merania. Dôležitou úlohou je certifikácia meracích prístrojov, ktorá je netriviálna v tom, že overenie správnej funkcionality meracieho prístroja vyžaduje úplnú znalosť meraného objektu (etalón). Avšak takúto znalosť vieme z definície získať, až keď systém zmeriame certifikovanými meracími prístrojmi. Dôležitou otázkou (s dopadom na bezpečnostné aspekty kvantových technológií) je do akej miery môžeme, resp. musíme spraviť ad hoc predpoklady o vlastnostiach používaných prístrojov a systémov. Hlavné výskumné ciele C 2.1.1 Kvantové výpočty a komunikácia vyššieho rádu V tomto výskumnom programe máme za cieľ analyzovať potenciálny prínos vyšších rádov pre kvantové výpočtové zrýchlenie. V prípade kvantovej bezpečnosti nás zaujíma, či sú kvantové protokoly odolné voči útokom pomocou vyšších štruktúr. Tento výskum otvára úplne novú oblasť spracovania informácie a má potenciál zrevidovať základy kvantových informačných technológií. C 2.1.2 Metrologické štandardy pre kvantové procesy a merania Vypracovanie štandardov predstavuje nástroj pre kvantový priemysel, ktorý bude schopný hodnotiť a certifikovať kvantové technológie. Ide o dlhodobý cieľ zahŕňajúci mnoho čiastkových výskumných úloh. Tieto sú zaujímavé ako z praktického aj z konceptuálneho pohľadu samotnej teórie, pretože dávajú abstraktným matematickým pojmom konkrétny význam. C 2.1.3 Optimalizácia kvantových štruktúr a spracovania informácie Systematický výskum existencie a optimálnych riešení pre jednotlivé úlohy kvantového spracovania informácie, ako napríklad protokoly pre optimálne klonovanie, programovateľné procesory a rozhodovacie protokoly, má priamy dopad na všetky kvantové technológie. Riešenie týchto modelových úloh je užitočné pre pochopenie možností, ktoré sú sa objavia pri riešení predošlých cieľov, a ich následné využitie v aplikáciách.

qute.sk ©