Профессор Генри Юэн из Колумбийский университет предлагает по-новому взглянуть на основы вычислительной техники. Он разрабатывает теорию, которая описывает задачи, где и входные, и выходные данные имеют квантовую природу, выявляя неожиданные связи между криптографией, черными дырами и пределами возможностей классических и квантовых компьютеров, сообщает Qazinform.com.

Новый взгляд на вычисления

Традиционно информатика рассматривает задачи как преобразование входных данных в выходные — например, при умножении двух чисел на калькуляторе. Теория вычислительной сложности десятилетиями изучает, почему одни задачи решаются легко, а другие требуют колоссальных ресурсов. Было показано, что некоторые проблемы, трудные для обычных компьютеров, значительно проще для квантовых машин, использующих законы квантовой физики.

Однако, по мнению Юэна, классический подход упускает более глубокий вопрос. В существующих моделях вход и выход всегда представлены обычными битами — нулями и единицами, даже если внутри алгоритма используются квантовые процессы. Ученый продвигает концепцию «полностью квантовой» теории, где и начало, и результат вычисления являются квантовыми состояниями.

Квантовые «конверты»

В классической криптографии методы защиты данных можно сравнить с запечатанным конвертом: сообщение скрыто и защищено от изменений. Безопасность строится на сложности определённых математических задач.

Но если сам «конверт» становится квантовым, правила меняются. Даже неограниченные классические вычислительные мощности могут оказаться бессильными — ключевую роль начинает играть физика, а не только математика. Это поднимает фундаментальный вопрос: связаны ли классические и квантовые сложности между собой или представляют принципиально разные миры?

От запутанных частиц к черным дырам

В недавней работе Юэн и его коллеги показали, что ряд различных квантовых задач на самом деле сопоставимы по сложности. В основе их анализа лежит теорема Ульмана из квантовой теории информации, описывающая, насколько близко одно квантовое состояние может быть преобразовано в другое при ограниченных операциях.

Исследователи сформулировали это как задачу квантового преобразования: насколько сложно осуществить такую трансформацию и какие ресурсы для этого необходимы. Оказалось, что к этой же проблеме сводятся и другие, на первый взгляд далекие темы — например, расшифровка излучения Хокинга черной дыры.

Таким образом, вопросы квантовой криптографии, обработки запутанных состояний и даже физики черных дыр могут иметь общую основу.

На протяжении более 30 лет ученые изучали, в чем квантовые компьютеры превосходят классические. Теперь цель Юэна шире — определить, образуют ли задачи с квантовыми входами и выходами отдельный теоретический мир. Если да, теорию вычислительной сложности, возможно, придется существенно расширить.

Ранее Qazinform сообщал, что Объединенные Арабские Эмираты планируют создать первую квантовую коммуникационную сеть формата «космос–земля».