Komputer kuantum masih menjadi mimpi, tetapi era komunikasi kuantum telah tiba. Percubaan baru, yang dilakukan di Paris, menunjukkan untuk pertama kalinya bahawa komunikasi kuantum lebih unggul daripada kaedah klasik untuk menyampaikan maklumat.
"Kami yang pertama menunjukkan keunggulan kuantum dalam menyampaikan maklumat bahawa dua pihak perlu menyelesaikan tugas," kata Eleni Diamanti, jurutera elektrik di Universiti Sorbonne dan pengarang bersama kajian ini.
Mesin kuantum - yang menggunakan sifat kuantum jirim untuk mengekod maklumat - diharapkan dapat merevolusikan pengkomputeran. Tetapi kemajuan di kawasan ini sangat perlahan. Semasa jurutera berusaha untuk membuat komputer kuantum yang belum sempurna, para saintis teori telah menghadapi halangan yang lebih mendasar: mereka gagal membuktikan bahawa komputer klasik tidak pernah dapat menyelesaikan tugas-tugas yang dirancang komputer kuantum. Sebagai contoh, pada musim panas lalu, seorang lelaki dari Texas membuktikan bahawa masalah yang sejak sekian lama dianggap dapat diselesaikan hanya pada komputer kuantum dapat diselesaikan dengan cepat pada komputer klasik.
Selamat datang ke usia kuantum
Namun, dalam bidang komunikasi (bukan pengkomputeran), manfaat pendekatan kuantum dapat disahkan. Lebih dari satu dekad yang lalu, para saintis membuktikan bahawa, secara teori, komunikasi kuantum lebih unggul daripada cara klasik untuk menghantar mesej untuk tugas-tugas tertentu.
"Orang-orang terutama terlibat dalam tugas pengkomputeran. Salah satu kelebihan besar adalah bahawa dalam hal tugas komunikasi, manfaatnya dapat ditunjukkan."
Pada tahun 2004, Jordanis Kerenidis, pengarang bersama karya Diamanti, dan dua saintis lain mengemukakan senario di mana seseorang perlu menghantar maklumat kepada orang lain supaya orang kedua dapat menjawab soalan tertentu. Para penyelidik telah membuktikan bahawa litar kuantum dapat menyelesaikan tugas dengan memindahkan lebih sedikit maklumat daripada sistem klasik. Tetapi rangkaian kuantum yang mereka tunjukkan adalah semata-mata teori - dan jauh melampaui teknologi pada masa ini.
Video promosi:
"Kami dapat mengesahkan kelebihan kuantum ini, tetapi sangat sukar untuk menerapkan protokol kuantum," kata Kerenidis.
Karya baru adalah versi skrip yang diubahsuai oleh Kerenidis dan rakan-rakannya. Seperti biasa, mari kita beralih kepada dua subjek, Alice dan Bob. Alice mempunyai satu set bola bernombor. Setiap bola berwarna merah atau biru secara rawak. Bob ingin mengetahui sama ada sepasang bola tertentu, dipilih secara rawak, mempunyai warna yang sama atau berbeza. Alice ingin menghantar Bob sebanyak mungkin maklumat, sambil memastikan bahawa Bob dapat menjawab soalannya.
Masalah ini disebut sebagai "masalah pemadanan corak". Penting untuk kriptografi dan mata wang digital, di mana pengguna sering ingin bertukar maklumat tanpa membocorkan semua yang mereka tahu. Ia juga menunjukkan kebaikan komunikasi kuantum.
Anda tidak boleh mengatakan: Saya ingin menghantar filem atau sesuatu yang berukuran gigabait dan memasukkannya ke keadaan kuantum, dengan harapan dapat memperoleh kelebihan kuantum, kata Thomas Vidick, seorang saintis komputer di Institut Teknologi California. "Kita perlu mempertimbangkan tugas yang lebih halus."
Untuk penyelesaian klasik untuk masalah pemadanan, Alice mesti menghantar Bob sejumlah maklumat yang sebanding dengan punca kuasa dua bola. Tetapi sifat maklumat kuantum yang luar biasa menjadikan penyelesaian yang lebih berkesan mungkin.
Di litar makmal yang digunakan dalam karya baru, Alice dan Bob berkomunikasi menggunakan denyutan laser. Setiap dorongan mewakili satu bola. Denyut nadi melalui pemisah balok, yang menghantar separuh daripada setiap nadi kepada Alice dan Bob. Apabila nadi mencapai Alice, dia dapat mengalihkan fasa denyut laser untuk menyandikan maklumat tentang setiap bola - bergantung pada warnanya, merah atau biru.
Sementara itu, Bob mengekodkan maklumat mengenai sepasang bola yang menariknya ke dalam separuh denyutan lasernya. Kemudian denyut nadi berkumpul di pemisah rasuk yang lain, di mana mereka saling mengganggu. Corak gangguan yang dihasilkan oleh nadi mencerminkan perbezaan bagaimana fasa setiap nadi dipindahkan. Bob boleh membaca corak gangguan pada pengesan foton terdekat.
Sehingga ketika Bob "membaca" mesej laser Alice, mesej kuantum Alice mampu menjawab sebarang pertanyaan mengenai pasangan mana pun. Tetapi proses membaca mesej kuantum menghancurkannya dan Bob menerima maklumat tentang hanya sepasang bola.
Ini sifat maklumat kuantum - yang dapat dibaca dengan pelbagai cara, tetapi akhirnya hanya satu yang akan membacanya - sangat mengurangkan jumlah maklumat yang dapat disampaikan untuk menyelesaikan masalah pencocokan sampel. Sekiranya Alice perlu mengirim 100 bit klasik kepada Bob sehingga dia dapat menjawab pertanyaannya, dia dapat melakukan tugas yang sama dengan sekitar 10 qubit, atau bit kuantum.
Inilah bukti prinsip yang anda perlukan untuk membuat rangkaian kuantum yang benar, kata Graham Smith, seorang ahli fizik di JILA di Boulder, Colorado.
Percubaan baru adalah kemenangan yang jelas terhadap kaedah klasik. Para penyelidik memulakan eksperimen dengan mengetahui dengan tepat berapa banyak maklumat yang perlu dihantar dengan cara klasik untuk menyelesaikan masalah tersebut. Kemudian mereka dengan meyakinkan menunjukkan bahawa alat kuantum dapat menyelesaikannya dengan cara yang lebih padat.
Hasil ini juga menawarkan jalan alternatif untuk tujuan lama dalam sains komputer: membuktikan bahawa komputer kuantum lebih unggul daripada komputer klasik.
Ilya Khel
