Квантовая обработка информации и квантовая связь (КОИКС) — новая, бурно развивающаяся область знаний, которая обладает огромным потенциалом, ведущим к прорыву во многих областях науки и техники. КОИКС использует принципиально новые методы вычисления и связи, базирующиеся на принципах квантовой механики, а не классической физики. Это сулит огромную вычислительную мощность, далеко выходящую за пределы возможностей любого классического компьютера, гарантирует абсолютно безопасную связь, а также стимулирует развитие зарождающихся квантовых технологий. Развитие технологий квантовых вычислений (КВ) откроет новые перспективы в использовании квантовых алгоритмов, моделировании сложных физических систем, исследовании альтернативных вычислительных архитектур, таких как сетевые квантовые сопроцессоры. В свою очередь, это даст толчок к развитию большого числа приложений в научно-технической, экономической и социальной сферах деятельности общества.
В основном результаты исследований фиксируются в оригинальных статьях, которые в огромном количестве публикуются всевозможными научными журналами. Однако очень трудно отследить все тенденции развития КОИКС только на основе этих публикаций, поскольку объем информации чрезвычайно велик. Именно поэтому важно правильно выбрать монографии, в которых такие тенденции отражаются адекватно. Имеется, к сожалению, лишь небольшой набор книг, где систематически изложено описание принципов/основных понятий КОИКС. Предлагается пять книг, где, на мой взгляд, дается такое изложение.
М. Нильсен, И. Чанг. Квантовые вычисления и квантовая связь. Москва, Мир, 2006
Одна из основных монографий в этой области. Может быть использована и как учебное пособие, и как материал для углубленного систематизированного введения в эту область знания. В предисловии имеются рекомендации по использованию конкретных глав (для научных работников, преподавателей и студентов). На первый взгляд книга может показаться излишне математизированной, но, с моей точки зрения, это ошибочное мнение: все разделы достаточно гармонично сочетают математическое описание и физическую природу обсуждаемых задач. Отмечу, что книга прекрасно структурирована: имеются вставки, поясняющие суть, а также задачи, решение которых — это прекрасное закрепление материала для обучающихся. Несмотря на то, что первое издание вышло почти 15 лет назад, практически все разделы актуальны сегодня. Подтверждением тому служит огромное число ссылок на книгу. Перевод выполнен очень качественно, но я советую изучать книгу в оригинале — многие термины, к сожалению, не имеют адекватного перевода на русский язык, поэтому знакомиться с их содержанием нужно на языке оригинала.
Д. Боумейстер, А. Экерт, А. Цайлингер. Физика квантовой информации. Москва, Постмаркет, 2002
Одна из первых книг в области квантовой обработки информации, квантовых вычислений и квантовой коммуникации. Главы этой книги сверстаны в основном на основе опубликованных статей. В принципе, книга дает представление об этих областях знания. Однако, на мой взгляд, главный недостаток книги — в отсутствии единой концепции и стиля изложения: отдельные главы/разделы слабо связаны между собой и зачастую выглядят как набор отдельных статей на определенную тему, отсортированных по главам. Вместе с тем каждая глава представляет собой осмысленный раздел, достойный для изучения, — книга знакомит с такими проблемами, как теоретические и экспериментальные аспекты квантового перепутывания, квантовой криптографии, квантовой телепортации, квантовых вычислений, декогеренции квантовых состояний, исправление квантовых ошибок и квантовой коммуникации. Это практически все разделы современной науки о квантовой обработке информации — во всяком случае, с точки зрения ознакомления с ее содержанием.
С.Я. Килин. Квантовая криптография: идеи и практика. Беларуская навука, 2007
Прекрасная монография, которая дает представление о специфической области знаний — квантовой коммуникации. В книге рассматриваются теоретические аспекты проблемы квантовой криптографии и варианты реализаций. Изложено очень четко и без излишней детализации — видна «рука мастера», человека, интенсивно работающего в этой области. Книга прекрасно структурирована: двум содержательным главам предшествует введение, в котором лаконично изложены принципы и основные понятия квантовой теории информации. В главе «Теоретические основы квантовой информации» рассмотрены более детально такие вопросы, как учет шумов в канале связи и сценарии подслушивания. Конечно, формат книги не подразумевает глубокого охвата теории квантовой информации — для этого я рекомендую книги А.С. Холево. Вместе с тем в качестве введения в предмет книга представляется практически идеальным пособием. С другой стороны, глава «Оптические реализации квантовой криптографии» написана с хорошим знанием дела. Обращаю внимание, что в этой главе имеется короткая сводка результатов по квантовой памяти и квантовым повторителям на основе дефектов в алмазе. Эта физическая система является перспективной с точки зрения построения полномасштабных квантовых компьютеров. Также отмечу, что автору книги принадлежит один из первых обзоров в отечественной печати (1999 г.), посвященный квантовой информации.
А.С. Холево. Введение в квантовую информацию. МЦНМО, 2002
Строгое изложение некоторых принципиальных аспектов квантовой теории и обработки информации. Настоятельно рекомендую для углубленного введения в эту область знания, а также для последующего изучения других монографий этого выдающегося теоретика, основоположника этой науки. Такие главы, как «Квантовые каналы связи», «Энтропийные характеристики квантовых систем», а также «Квантовая пропускная способность и когерентная информация», написаны с глубоким знанием дела, практически «из первых рук», поскольку автору принадлежит разработка наиболее фундаментальных разделов квантовой теории информации. Такая характеристика, как «граница Холево», лежит в основе современной теории квантовой информации, а результаты в области квантовой пропускной способности трудно переоценить. Вместе с тем отмечу, что эту книгу довольно тяжело читать без специальной подготовки в области квантовой механики, термодинамики и статистической физики. Кроме того, потребуются знания некоторых разделов математики. Уровня студента старших курсов физических факультетов университетов вполне достаточно.
К.А. Валиев, А.А. Кокин. Квантовые компьютеры: надежда и реальность. Москва-Ижевск, 2001
Одна из первых отечественных монографий в области квантовых вычислений. Ряд разделов этой книги не потерял актуальность, и я рекомендую их для изучения студентами старших курсов физических специальностей. Например, глава 1 — «Преобразование информации в квантовых системах», где добротно изложен термодинамический подход к теории информации. Подробно изложены принципы квантовых вычислений в трех физических системах (ЯМР, квантовые точки, сверхпроводящие структуры). Эти направления физики детально исследовались в работах авторов книги, причем К.А. Валиеву принадлежит авторство одной из формулировок критериев квантового компьютера (более известны т. н. критерии Ди Винченцо). Вместе с тем замечу, что, поскольку область квантовой обработки информации, которая включает квантовые вычисления, бурно развивается, книга явно требует переиздания — на основе новых результатов, полученных в последние годы. Хочется надеяться, что ученики К.А. Валиева и А.А. Кокина подхватят эту инициативу и восполнят явный пробел, тем более что практический интерес к реализации квантовых вычислений в стране чрезвычайно высок.
Сергей Кулик
доктор физико-математических наук, профессор, заведующий лабораторией квантовой информации и квантовой оптики кафедры квантовой электроники физического факультета МГУ (https://postnauka.ru)
Прогнозы развития квантовых технологий: http://www.csr-nw.ru/files/publications/kvantovyj_forsajt1.pdf
Комментариев нет:
Отправить комментарий